WO2024160567A1 - Beschichtetes substrat mit wärmedämmenden und antireflektiven eigenschaften - Google Patents

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WO2024160567A1
WO2024160567A1 PCT/EP2024/051381 EP2024051381W WO2024160567A1 WO 2024160567 A1 WO2024160567 A1 WO 2024160567A1 EP 2024051381 W EP2024051381 W EP 2024051381W WO 2024160567 A1 WO2024160567 A1 WO 2024160567A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
substrate
pane
coated substrate
nitride
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/051381
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ben Schmidt
Yahya MOTEMANI SHARABIANI
Jan Hagen
Sebastian Janzyk
Norbert Huhn
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint-Gobain Glass France filed Critical Saint-Gobain Glass France
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
    • C03C17/3429—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating
    • C03C17/3435—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating comprising a nitride, oxynitride, boronitride or carbonitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/70—Properties of coatings
    • C03C2217/73—Anti-reflective coatings with specific characteristics
    • C03C2217/734—Anti-reflective coatings with specific characteristics comprising an alternation of high and low refractive indexes

Definitions

  • the invention relates to a coated substrate with heat-insulating and anti-reflective properties, a composite pane comprising the coated substrate, as well as the production of the coated substrate and its use.
  • Substrates in the form of glass panes with transparent, electrically conductive coatings are known.
  • the glass panes can thus be given a function without significantly impairing the view through the pane.
  • Such coatings are used, for example, as heatable coatings or coatings that reflect heat radiation on window panes for vehicles or buildings.
  • the interior of a vehicle or a building can heat up considerably in summer when the ambient temperature is high and there is intense direct sunlight. If, however, the outside temperature is lower than the temperature inside, which is particularly common in winter, a cold window acts as a heat sink, which is perceived as unpleasant. The interior must also be heated to a high degree to prevent cooling through the window panes.
  • IR-reflective coatings reflect a significant portion of solar radiation, particularly in the near infrared range (i.e. short-wave heat radiation), which leads to reduced heating of the interior in summer.
  • the coating can also be used as a so-called low-E coating to reduce the emission of long-wave heat radiation from a heated window into the interior. It also reduces the radiation of heat from the interior into the outside environment when the outside temperature is low in winter.
  • the heat radiation-reflecting coating In order to be effective, the heat radiation-reflecting coating must be placed on the interior surface of the glass pane, i.e. between the interior and the actual glass pane. There, the coating is exposed to the atmosphere, which rules out the use of corrosion-prone coatings, for example silver-based ones.
  • TCO transparent conductive oxides
  • ITO indium tin oxide
  • Such coatings are known, for example, from EP 2 141 135 A1, WO 2010115558 A1 and WO 2011105991 A1.
  • JPH05124839A discloses an emissivity-reducing coating with aluminum nitride layers of, for example, 10 nm, wherein a titanium nitride layer is arranged between two aluminum nitride layers and the aluminum nitride layers and the titanium nitride layers are arranged between two tantalum oxide layers.
  • Glass panes with a low-E coating or sun protection coating should meet various other requirements in addition to thermal criteria.
  • One problem with coating panes is compatibility with other coatings, particularly screen printing. Screen printing is usually applied to panes in the automotive sector. If the pane has been pre-coated over the entire surface with a low-E coating, there may be problems with the adhesion of the screen print to the pane. This may also lead to reduced scratch resistance of the black print.
  • the low-E coating should also be stable, i.e. chemically inert, at high temperatures. High temperatures are used, for example, in the bending process of panes. In order to ensure the corrosion resistance of generic silver-based sun protection coatings in the laminate, i.e. to minimize contact with moisture and ambient air, it is usually necessary to remove the coating from the edge of the pane.
  • the present invention is based on the object of providing a coated substrate with a heat radiation insulating effect, which additionally has a high Color neutrality and low light reflection. Furthermore, the coating of the substrate should be corrosion-resistant.
  • the coated substrate according to the invention comprises a substrate and a layer stack which is applied to a first surface or a second surface of the substrate.
  • the layer stack comprises a plurality of layers which are applied to the substrate in the following order and one above the other: a first dielectric layer, a vanadium nitride layer or an aluminum nitride layer, a titanium nitride layer, a further vanadium nitride layer or a further aluminum nitride layer and a second dielectric layer.
  • a first dielectric layer a vanadium nitride layer or an aluminum nitride layer
  • titanium nitride layer a further vanadium nitride layer or a further aluminum nitride layer
  • a second dielectric layer is the layer closest to the substrate.
  • the layer furthest away from the substrate is the second dielectric layer.
  • at least the aluminum nitride layer has a layer thickness of less than or equal to 6 nm.
  • the layer stack according to the invention has a vanadium nitride layer, it preferably also has the further vanadium nitride layer. If the layer stack according to the invention has an aluminum nitride layer, it preferably also has the further aluminum nitride layer. In other words, the layer stack preferably has the vanadium nitride layer and the further vanadium nitride layer, or it has the aluminum nitride layer and the further aluminum nitride layer. However, it is also possible for the layer stack to have an aluminum nitride layer below the titanium nitride layer and a further vanadium nitride layer above the titanium nitride layer.
  • the layer stack can also have a vanadium nitride layer and a further aluminum nitride layer.
  • the word "further” therefore only serves to demarcate the individual layers so that they can be better distinguished; it does not necessarily mean that there has to be more than one layer of the same type.
  • the invention is based on the finding that layers with emissivity-reducing properties usually have high reflection properties in the visible light spectrum and/or a high level of color.
  • users may find high reflection and/or color variance irritating and disturbing. It can also pose a safety risk if, for example, light is reflected too strongly on a window in a car or traffic signs outside the car are perceived incorrectly (for example, a red sign takes on a greenish-reddish color when viewed through the window).
  • Another problem is the durability of such layers; they must be resistant to mechanical damage and corrosion, particularly when they are in contact with the environment (e.g. external environment or interior). The tint and light reflection of the window depend on the viewing angle.
  • the coated substrate according to the invention has a heat radiation insulating effect and, due to the layers used, is very robust against mechanical damage or corrosion in contrast to conventionally used layer stacks.
  • the coated surface of the substrate also has low reflections for visible light and a high level of color neutrality.
  • the production of the coated substrate is cost-effective because precious metals such as silver are not required.
  • the properties of vanadium nitride layers and aluminum nitride layers in connection with layers that reflect heat radiation are largely unknown, which is why the good results of the invention were unexpected and surprising for the inventors.
  • the electrically conductive layer stack according to the invention is a coating that reflects heat radiation.
  • the IR-reflecting properties relate to the near infrared range, so that the layer stack acts as a solar control coating and at least partially reflects the IR components of solar radiation.
  • the IR-reflecting properties also relate to heat radiation in the middle IR range, so that the layer stack also acts as an emissivity-reducing coating (low-E coating) and reduces the radiation of heat from the vehicle window into the vehicle interior.
  • the layer stack has the function of preventing the radiation of heat into the interior (IR components of solar radiation and in particular the thermal radiation of the substrate itself) and also the radiation of heat from the interior.
  • the layer stack is but also electrically conductive, so that in principle it can also fulfil other functions, for example as a heatable coating when it is electrically contacted so that it is heated as a result of an electric current flow.
  • the layers based on vanadium nitride and aluminum nitride provide particularly advantageous optical properties of the substrate. They reduce the degree of reflection and thus increase the transparency of the substrate and ensure a neutral color impression.
  • the coated substrate according to the invention is preferably a coated pane.
  • the pane is preferably a window pane and is intended to separate the interior from the external environment in an opening, for example in a vehicle or a building.
  • the surface of the substrate on which the layer stack according to the invention is arranged preferably faces the interior, i.e. this surface is an interior-side surface.
  • the interior-side surface is understood to mean the surface that is intended to face the interior when the pane is installed. This is particularly advantageous with regard to thermal comfort in the interior.
  • the layer stack according to the invention can particularly effectively reduce the heat radiation radiated by the entire pane towards the interior at high outside temperatures and/or when the panes are heated by solar radiation.
  • the layer stack can effectively reflect the heat radiation radiated from the interior and thus reduce the effect of the cold pane as a heat sink.
  • the surfaces of a glazing are usually numbered from the outside to the inside, so that the interior surface is referred to as "side 2" for single glazing and as “side 4" for double glazing (for example laminated glass or insulating glazing).
  • the layer stack can also be arranged on the outside surface of the substrate. This can be particularly useful in the architectural field, for example as an anti-condensation coating on a window pane.
  • the layer stack can also alternatively fulfill other functions, for example as an electrically based capacitive or resistive sensor for tactile applications such as touch screens or touch panels.
  • the layer stack is a sequence of thin layers (layer structure, layer stack). While the electrical conductivity is ensured at least by the titanium nitride layer, the optical properties, in particular the transmission and reflectivity, are significantly influenced by the other layers and can be specifically adjusted by their design.
  • the vanadium nitride layers and/or the aluminum nitride layers which are arranged below and above (as an additional aluminum or vanadium nitride layer) the titanium nitride layer, have a particular influence in this context.
  • the vanadium nitride layers and/or the aluminum nitride layers can increase the transmission through the substrate and reduce the reflectivity, particularly as a result of interference effects. The effect depends crucially on the layer and the layer thickness.
  • the layer stack according to the invention is transparent, i.e. it does not noticeably restrict visibility through the substrate.
  • the absorption of the layer stack is preferably from about 1% to about 30%, preferably 1% to about 25%, particularly preferably 1% to about 20% in the visible spectral range.
  • the visible spectral range is understood to mean the spectral range from 380 nm to 780 nm.
  • first layer is arranged above a second layer, this means in the sense of the invention that the first layer is arranged further away from the substrate than the second layer. If a first layer is arranged below a second layer, this means in the sense of the invention that the second layer is arranged further away from the substrate than the first layer. If a first layer is arranged above or below a second layer, this does not necessarily mean in the sense of the invention that the first and second layers are in direct contact with one another.
  • One or more further layers can be arranged between the first and second layers, unless this is explicitly excluded. Particularly preferably, no further layers other than the layers according to the invention - i.e.
  • the layer stack is typically applied over the entire surface of the substrate, possibly with the exception of a peripheral edge region and/or other locally limited areas that can be used for data transmission, for example.
  • the coated portion of the substrate surface is preferably at least 80%, particularly preferably at least 90%, in particular the entire substrate surface including the peripheral edge.
  • the layer stack according to the invention is resistant to corrosion, which is why edge stripping can be dispensed with unless there are other reasons against it. This is a great advantage over generic layer stacks that contain silver layers, for example.
  • a layer or other element contains at least one material, this includes, within the meaning of the invention, the case that the layer consists of the material, which is also preferred in principle.
  • the compounds described in the context of the present invention in particular oxides, nitrides and carbides, can in principle be stoichiometric, substoichiometric or superstoichiometric, even if the stoichiometric molecular formulas are mentioned for the sake of better understanding.
  • a metal nitride layer within the meaning of the invention means that this layer is formed on the basis of the metal nitride.
  • the ratio of nitride to aluminum and the ratio of nitride to vanadium is preferably in a range from 0.8 to 1.3, particularly preferably from 0.9 to 1.1, in particular exactly 1.
  • layer thicknesses or thicknesses refers, unless otherwise stated, to the geometric thickness of a layer. If something is “based on” a polymeric material, it consists predominantly of this material, i.e. at least 50%, preferably at least 60% and in particular at least 70%. It can therefore also contain other materials such as stabilizers or plasticizers.
  • At least the vanadium nitride layer or the aluminum nitride layer is a seed layer, i.e. the layer below the titanium nitride layer.
  • Seed layers are layers that serve as a crystallization nucleus and adhesion base.
  • Vanadium nitride and aluminum nitride layers can have a crystal structure that is similar to that of sodium chloride; they therefore have a cubic crystal system.
  • vanadium nitride and aluminum nitride layers in such a crystal structure have lattice parameters that are similar to those of titanium nitride. These properties make vanadium nitride and aluminum nitride layers very suitable seed layers for titanium nitride layers.
  • the layer stack also comprises a third dielectric layer after the second dielectric layer.
  • a third dielectric layer is arranged above the second dielectric layer.
  • This third dielectric layer preferably has a different refractive index than the second dielectric layer.
  • the third dielectric layer is, for example, a low-refractive index layer with a refractive index of less than 1.6.
  • the third dielectric layer is preferably a high-refractive index layer with a refractive index of greater than 1.6, preferably greater than 1.9.
  • the third dielectric layer preferably contains titanium zirconium oxide (Ti x Zr y O z ) or silicon oxide (Si x O y ), particularly preferably titanium zirconium oxide.
  • the layer thickness of the third dielectric layer is preferably from 5 nm to 150 nm, particularly preferably from 5 nm to 120 nm, particularly preferably from 10 nm to 60 nm, in particular from 10 nm to 30 nm.
  • the third dielectric layer is preferably the topmost layer, i.e. it has the greatest distance to the substrate surface, and is the final layer of the layer stack that is exposed, accessible and touchable by people.
  • the third dielectric layer protects, especially if it contains titanium zirconium oxide contains or consists of silicon oxide, protects the layer stack from mechanical damage such as scratches. It can also serve to increase the durability of the layer stack. With the third dielectric layer, less material separates from the substrate over time and the layer stack retains its homogeneous shape for longer. It therefore functions as a type of protective layer.
  • the third dielectric layer particularly if it contains or consists of silicon oxide, can also serve as an anti-reflective layer, i.e. help to reduce the degree of reflection of the surface of the substrate coated with the layer stack.
  • the second dielectric layer contains at least one metal or a nitride.
  • the second dielectric layer can contain, for example, titanium, chromium, nickel, zirconium, hafnium, niobium, tantalum or tungsten or a nitride of tungsten, niobium, tantalum, zirconium, hafnium, chromium, titanium, silicon or aluminum.
  • the second dielectric layer contains silicon nitride (SisN ⁇ , silicon zirconium nitride (Si x Zr y N z ), in particular silicon nitride (SisN ⁇ ), with which particularly good results are achieved.
  • silicon zirconium nitride is preferably silicon nitride with a zirconium content of 10 wt.% to 30 wt.%, preferably 17 wt.% to 27 wt.%.
  • the silicon zirconium nitride can also contain aluminum, preferably the silicon zirconium nitride contains aluminum with a content of 6 wt.%.
  • Silicon nitride can have doping.
  • the silicon nitride is doped with aluminum (SisN ⁇ Al), with zirconium (SisN ⁇ Zr), with titanium (SisN ⁇ Ti), or with boron (SisN ⁇ B).
  • the second dielectric layer contains a nitride.
  • nitride-containing dielectric layers are that when the disk is heated, for example in As the disk bends, less degradation of the neighboring layers occurs. This enables the use of thinner AIN or VN layers, since the degradation is less and therefore there is less risk of the metal nitrides completely decomposing.
  • the effect is particularly high when both the first dielectric layer and the second dielectric layer contain a nitride, i.e. the VN and/or AIN and the TiN layers are arranged between the nitride-containing dielectric layers.
  • the silicon nitride can be partially oxidized.
  • a second dielectric layer deposited as SisN4 then contains Si x N y O z after the temperature treatment, with the oxygen content typically being from 0 atomic % to 35 atomic %.
  • the layer thickness of the second dielectric layer is preferably from 5 nm to 150 nm, particularly preferably from 5 nm to 120 nm, particularly preferably from 10 nm to 60 nm, in particular from 10 nm to 30 nm.
  • the second dielectric layer is a blocking layer and serves to regulate oxygen diffusion. The second dielectric layer thus regulates the contact of the further vanadium nitride layer or the aluminum nitride layer, the titanium nitride layer with oxygen from the external environment or from other layers arranged above the second dielectric layer.
  • the second dielectric layer also improves the reflection properties, thus reducing the degree of reflection of the coated substrate.
  • the second dielectric layer also helps to optimize the color properties of the coated substrate.
  • the second dielectric layer is the topmost layer of the layer stack. It is therefore at the greatest distance from the substrate surface and is the final layer of the layer stack that is exposed, accessible and touchable by people.
  • the first dielectric layer reduces or prevents, for example, the diffusion of alkali ions from the substrate into the layer system. Alkali ions can have a negative effect on the properties of the coating. Furthermore, the first dielectric layer, in conjunction with the vanadium nitride layer or aluminum nitride layer, makes a beneficial contribution to adjusting the color and reflection of the overall layer structure.
  • the first dielectric layer preferably contains an oxide or a nitride, preferably of tungsten, chromium, niobium, tantalum, zirconium, hafnium, titanium, silicon or aluminum, for example oxides such as WO3, Nb20s, Bi2Ü3, TiÜ2, Ta2Os, ZrÜ2, HfÜ2 SnÜ2, or Z n S n O x , or nitrides such as AIN, TiN, TaN, ZrN or NbN.
  • the first dielectric layer particularly preferably contains silicon nitride (SisN ⁇ or silicon zirconium nitride (Si x Zr y N z ), which achieves particularly good results.
  • Silicon nitride can have doping.
  • the silicon nitride is doped with aluminum (SisN ⁇ Al), with zirconium (SisN ⁇ Zr), with titanium (SisN ⁇ Ti), or with boron (SisN ⁇ B).
  • the first dielectric layer contains a nitride.
  • the effect is particularly high when both the first dielectric layer and the second dielectric layer contain a nitride, i.e. the VN and/or AIN and TiN layers are arranged between the nitride-containing dielectric layers.
  • the layer thickness of the first dielectric layer is preferably from 5 nm to 150 nm, particularly preferably from 5 nm to 120 nm, particularly preferably from 10 nm to 60 nm, in particular from 10 nm to 30 nm.
  • the first dielectric layer is preferably the bottom layer of the layer stack, so it has direct contact with the substrate surface, where it can optimally develop its effect.
  • Layer thicknesses of 5 nm to 40 nm, in particular from 8 nm to 35 nm, are particularly suitable because good deformability of disks, for example during subsequent bending, is retained.
  • the first dielectric layer also serves as an adhesion layer for the remaining layers on the substrate, whereby a layer thickness greater than or equal to 10 nm is preferred.
  • the refractive index of the first dielectric layer and/or the second dielectric layer is preferably at least 1.9. Particularly good results are achieved when the refractive index of the first dielectric layer and/or the second dielectric layer is from 1.9 to 2.5.
  • the titanium nitride layer (TiN) preferably has a layer thickness of 5 nm to 100 nm, preferably 8 nm to 80 nm, particularly preferably 10 nm to 60 nm, in particular 10 nm to 40 nm. This achieves particularly good results in terms of electrical conductivity while maintaining sufficient optical transparency. In this layer thickness range, sufficient emissivity-reducing properties are also achieved without simultaneously producing a very strong color tint of the substrate. These layer thicknesses are also sufficient to achieve high electrical conductivity. This is a great advantage, especially in comparison to coated substrates with layers based on transparent conductive oxides (TCO), such as indium tin oxide, since these require greater layer thicknesses for the same electrical conductivity.
  • TCO transparent conductive oxides
  • the vanadium nitride layer has a layer thickness of greater than 1 nm, preferably from 1 nm to 50 nm, particularly preferably from 2 nm to 20 nm, very particularly preferably from 3 nm to 10 nm, in particular from 5 nm to 10 nm.
  • the aluminum nitride layer has a layer thickness of less than or equal to 6 nm, preferably less than or equal to 5 nm.
  • the aluminum nitride layer preferably has a layer thickness of 2 nm to 6 nm, particularly preferably from 3 nm to 5 nm.
  • the further vanadium nitride layer or the further aluminum nitride layer preferably has a layer thickness of greater than 1 nm, preferably from 2 nm to 20 nm, particularly preferably from 3 nm to 10 nm.
  • the further vanadium nitride layer preferably has a layer thickness of greater than 1 nm, particularly preferably from 2 nm to 50 nm, very particularly preferably from 5 nm to 20 nm.
  • the additional aluminum nitride layer preferably has a layer thickness of less than or equal to 10 nm, particularly preferably less than or equal to 6 nm, in particular less than or equal to 5 nm.
  • the additional aluminum nitride layer preferably has a layer thickness of 2 nm to 6 nm, particularly preferably 3 nm to 5 nm. In this layer thickness range, a particularly good ratio between coloration, radiation absorption and reflection of the coated substrate is achieved. In this layer thickness range, the tensile stress on the substrate is also particularly low, which means that the stability of the layer stack is not reduced.
  • the required layer thickness of the titanium nitride layer can also be controlled by using the layers arranged above and below. By using vanadium nitride and/or aluminum nitride, the layer thickness of titanium nitride can be lower, which can save resources and process effort.
  • the thickness of a layer can be determined using common methods for determining layer thickness, for example spectroscopic reflectometry or ellipsometry. These methods enable non-destructive measurement, and corresponding measuring devices are commercially available. Ellipsometers are commercially available from Sentech, for example. Profilometry or ellipsometry are preferably used. Alternatively, a transmission electron microscope can also be used to measure the thickness (measurement across the cross section of the layer or layer sequence).
  • the reflectance of the surface of the substrate coated with the layer stack according to the invention is at most 10%, preferably at most 5%, in particular at most 4%. Measured with visible light radiation that strikes the coated surface of the substrate at an angle of incidence of 8°.
  • the term "reflectance" is used in the sense of the standard DIN EN 410 - 2011-04.
  • the reflectance always refers to the reflectance on the layer side, which is measured when the coated surface of the substrate is facing the light source and the detector.
  • Refractive indices are generally given in relation to a wavelength of 550 nm within the scope of the present invention. Methods for determining refractive indices are known to those skilled in the art.
  • the refractive indices given within the scope of the invention can be determined, for example, by means of ellipsometry, whereby commercially available ellipsometers can be used.
  • the specification of layer thicknesses or thicknesses refers, unless otherwise stated, to the geometric thickness of a layer.
  • the reflectance is measured at an angle of incidence of 8° (unless otherwise stated) to the coated surface normal (surface of the substrate coated with the layer stack), which corresponds approximately to the natural viewing angle on a roof pane in a vehicle.
  • the spectral range from 380 nm to 780 nm was used to characterize the reflection properties.
  • the degree of reflection describes the proportion of the total incident radiation in the specified spectral range that is reflected.
  • the degree of reflection always refers to a specific spectral range, for example the visible spectral range from 380 nm to 780 nm or the infrared range. It is given in % (based on 100% incident radiation) or as a unitless number from 0 to 1 (normalized to the incident radiation). Plotted as a function of the wavelength, it forms the reflection spectrum.
  • the information on the degree of reflection or the reflection spectrum refers to a reflection measurement with a light source that radiates evenly in the spectral range under consideration with a normalized radiation intensity of 100%.
  • the interior emissivity of the coated substrate according to the invention is preferably less than or equal to 45%, particularly preferably less than or equal to 35%, very particularly preferably less than or equal to 25%, in particular less than or equal to 20%.
  • Interior emissivity refers to the measure that indicates how much heat radiation the coated substrate emits in the installed position into an interior, for example a building or a vehicle, compared to an ideal heat radiator (a black body). In the sense of the invention, emissivity is understood to mean the normal emissivity at 283 K according to the EN 12898 standard.
  • the total solar energy transmission (TTS) according to ISO 9050:2003-08 for the coated substrate is less than 65%, preferably less than 50%, particularly preferably less than 30%, in particular less than 20%.
  • the total solar energy transmission TTS is a measure of the amount of heat that enters a vehicle or building through the laminated glass. Very high TE or TTS values therefore mean that a building or vehicle absorbs a lot of heat. This generally worsens the thermal comfort for the occupants or residents.
  • the surface resistance of the layer stack according to the invention is preferably from 10 ohms/square to 100 ohms/square, particularly preferably from 15 ohms/square to 35 ohms/square.
  • the layer stack according to the invention comprises:
  • the first dielectric layer with a layer thickness of 10 to 120 nm, preferably from 10 nm to 60 nm,
  • the vanadium nitride layer with a layer thickness of greater than 1 nm, preferably from 6 nm to 20 nm,
  • the titanium nitride layer with a layer thickness of 1 nm to 40 nm
  • the further vanadium nitride layer with a layer thickness of greater than 1 nm, preferably from 6 nm to 20 nm and
  • the second dielectric layer having a layer thickness of 10 to 120 nm, preferably 10 nm to 60 nm.
  • optimal optical properties are achieved in terms of reflection and coloring of the layer stack without compromising the stability or transparency of the substrate.
  • the layer stack particularly preferably consists only of the layers described, i.e. first dielectric layer, vanadium nitride layer, titanium nitride layer, further vanadium nitride layer and second dielectric layer, and does not contain any further layers.
  • the layer stack preferably does not contain any further layers apart from the third dielectric layer.
  • the layer stack according to the invention comprises:
  • the first dielectric layer with a layer thickness of 10 to 120 nm, preferably from 10 nm to 60 nm,
  • the aluminium nitride layer with a layer thickness of less than or equal to 6 nm, preferably from 5 nm to 1 nm,
  • the titanium nitride layer with a layer thickness of 1 nm to 40 nm
  • the further aluminium nitride layer with a layer thickness of less than or equal to 10 nm, preferably from 5 nm to 1 nm and
  • the second dielectric layer having a layer thickness of 10 to 120 nm, preferably 10 nm to 60 nm.
  • the layer stack particularly preferably consists only of the layers described, i.e. first dielectric layer, aluminum nitride layer, titanium nitride layer, further aluminum nitride layer and second dielectric layer, and does not contain any further layers.
  • the layer stack preferably does not contain any further layers apart from the third dielectric layer.
  • the substrate is made of an electrically insulating, particularly rigid material, preferably glass or plastic.
  • the substrate contains soda-lime glass, but can in principle also contain other types of glass, for example borosilicate glass or quartz glass.
  • the substrate contains polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET) or polymethyl methacrylate (PMMA).
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the substrate can be largely transparent or also tinted or colored.
  • the substrate preferably has a thickness of 0.1 mm to 20 mm, typically 2 mm to 5 mm.
  • the substrate can be flat or curved.
  • the substrate is a thermally tempered glass pane.
  • the coated substrate has an a* value of the L*a*b* color space of at most +10, preferably at most +8, particularly preferably at most +5, in particular at most +2, at a viewing angle a of at least 8°, preferably exactly 8°, on the coated surface.
  • the coated substrate is therefore designed such that the a* value of the L*a*b* color space is at most +10, preferably at most +6, in particular at most +5, at a viewing angle a of at least 8°, preferably exactly 8°, on the coated surface. It has been found that a high a* proportion leads to a dominant coloration of the substrate. The visually perceived coloration depends on the viewing angle and is particularly pronounced for viewing angles of 8° in the case of generic coated substrates.
  • the viewing angle a is measured from a normal to the surface plane of the substrate, i.e. an axis that is arranged perpendicular to the surface plane of the substrate.
  • a viewing angle a of 0° means a vertical view of one of the outer surfaces of the substrate.
  • a viewing angle a of 90° means a horizontal view along one of the coated surfaces of the substrate.
  • a* and b* are values of the L*a*b* color space, a color model that describes all perceptible colors.
  • L* indicates the brightness value and can have values between 0 and 100
  • a* indicates the color type and color intensity between green and red
  • b* indicates the color type and color intensity between blue and yellow.
  • Values close to 0 for a* and b* indicate a rather achromatic, i.e. neutral, color tone.
  • Common measurement methods for determining a*, b* and L* values of the L*a*b* color space are generally known to the expert.
  • Common measuring devices for determining these values are commercially available, for example the Minolta CM508d spectrometer from Konica Minolta Sensing Europe BV or the Tec5 spectrometer from tec5 AG.
  • the Determination of the measurement conditions is necessary.
  • the type of light (D50, D65, A or others, see DIN 5033-7:2014-10), the standard observer (2° or 10° see DIN 5033-7:2014-10), the measurement geometry (directed or diffuse lighting see DIN 5033-7:2014-10), the measurement mode (reflection in top view or transmission in through view), the measurement points of the sample and the number of measurements must be specified.
  • the term "normal observer” refers to the average visual acuity of the color-normal-vision population at different field of view sizes (DIN 5033-7:2014-10).
  • CIE International Commission on Illumination
  • the evaluation functions describe how a normal observer perceives color. The assessment is based on experimentally determined sensitivity curves of the long-wave, medium-wave and short-wave cones of the human eye (see also DIN 5033-1:2017-10).
  • the coated substrate can be illuminated at a predetermined angle. Illuminated at a "predetermined angle”, however, does not necessarily mean that the light hitting the coated substrate only has an angle of incidence of the predetermined angle.
  • the coated substrate can be illuminated with diffuse light, with the light hitting the coated substrate at a number of different angles of incidence, preferably at least at an angle of 60° to 90°.
  • a detector of a measuring device records the light reflected from the sample. The spectral intensity of the reflected light is obtained over a wavelength range of 360 nm to 830 nm. The spectrum obtained is then only integrated in the areas that coincide with one of the sensitivity curves of the long-wave, medium-wave and short-wave cones.
  • the detector records the reflected light at the viewing angle a to the substrate.
  • a linear polarizing filter can be arranged between the detector and the sample, i.e. in the beam path of the reflected light.
  • the angle at which the sample is illuminated can be from 0° to 90°, preferably from 0° to 80° to the surface of the coated substrate (measured from a normal to the surface plane of the substrate).
  • the a* value is measured for the standard observer of 10°.
  • the standard light D65 average daylight with approx. 6500 Kelvin
  • the measurement mode is preferably reflection in plan view and the coated substrate is illuminated with diffuse light.
  • the detector is preferably equipped with a linear polarizing filter.
  • the substrate can be transparent or semi-transparent, for example tinted.
  • Transparent in the sense of the invention means a light transmission TL (according to ISO 9050:2003) of at least 50%, preferably at least 60% and particularly preferably at least 70%.
  • Semi-transparent in the sense of the invention means a light transmission TL of at most 50%, preferably at most 30% and particularly preferably at most 10%.
  • the substrate is a pane, for example single-pane safety glass, which is intended to be used as a vehicle window. If the window is installed in a vehicle, the surface of the substrate or pane coated with the layer stack according to the invention faces the vehicle interior.
  • the invention also extends to a composite pane which comprises an outer pane, the coated substrate according to the invention, and a thermoplastic intermediate layer.
  • the substrate coated according to the invention is, for example, a coated inner pane.
  • the outer pane and the coated inner pane are connected to one another via the thermoplastic intermediate layer.
  • the layer stack can therefore be applied to an outside surface of the coated inner pane facing the thermoplastic intermediate layer.
  • the layer stack is applied to an interior-side surface of the coated inner pane facing away from the thermoplastic intermediate layer.
  • the outer pane is also constructed like the coated substrate according to the invention, whereby the material and thickness of the outer pane can be different from that of the inner pane.
  • the layer stack according to the invention is preferably applied to an interior-side surface of the coated inner pane. Surface of the outer pane which faces the thermoplastic intermediate layer.
  • the layer stack on the outer pane can be identical to the layer stack on the inner pane, but can also differ from it within the scope of the present invention.
  • the composite pane also comprises an inner pane.
  • the inner pane and the outer pane are connected to one another via the thermoplastic intermediate layer.
  • the coated substrate according to the invention is arranged between the inner pane and the outer pane.
  • the inner pane and the outer pane are connected to one another via the thermoplastic intermediate layer.
  • the coated substrate according to the invention is arranged, for example, on an outer surface of the inner pane facing the thermoplastic intermediate layer or on the interior surface of the outer pane facing the thermoplastic intermediate layer, for example applied thereto by means of an adhesive layer.
  • the coated substrate according to the invention is arranged on an interior surface of the inner pane facing away from the thermoplastic intermediate layer, for example applied thereto by means of an adhesive layer.
  • the composite pane is intended to be installed in a building or preferably in a vehicle.
  • the interior-side surface of the inner pane and the interior-side surface of the outer pane are intended to face the interior, preferably the vehicle interior.
  • the exterior-side surface of the inner pane and the exterior-side surface of the outer pane are intended to face the external environment.
  • the composite pane is preferably a vehicle pane, in particular a windshield or roof pane.
  • the thermoplastic intermediate layer is preferably designed as at least one thermoplastic composite film and is based on ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably based on polyvinyl butyral (PVB) and additionally additives known to the person skilled in the art, such as plasticizers.
  • the thermoplastic film preferably contains at least one plasticizer.
  • the pane, inner pane and/or outer pane contain soda-lime glass, but can in principle also contain other types of glass, for example borosilicate glass or quartz glass.
  • the pane, inner pane and/or outer pane can be largely transparent or tinted or colored.
  • the pane, inner pane and/or outer pane preferably have a thickness of 0.1 mm to 20 mm, typically 2 mm to 5 mm.
  • the pane, inner pane and/or outer pane can be flat or curved.
  • the invention further comprises a method for producing a coated substrate, wherein
  • the layer stack is applied to the substrate, preferably by magnetron sputtering.
  • the substrate is preferably subjected to a temperature treatment which improves in particular the crystallinity of the vanadium nitride layer and/or the aluminum nitride layer and the titanium nitride layer.
  • the temperature treatment is preferably carried out at at least 300°C, particularly preferably at at least 500°C, in particular at at least 640°C.
  • the temperature treatment reduces in particular the surface resistance and the emissivity of the layer stack.
  • the optical properties of the substrate are significantly improved, in particular the transmission is increased.
  • the temperature treatment can be carried out in various ways, for example by heating the substrate using an oven or a radiant heater. Alternatively, the temperature treatment can also be carried out by irradiation with light, for example using a lamp or a laser as the light source.
  • the temperature treatment in the case of a glass substrate takes place as part of a thermal tempering process.
  • the heated substrate is exposed to an air stream, which causes it to cool quickly.
  • Compressive stresses form on the surface of the pane and tensile stresses in the pane core.
  • the characteristic stress distribution increases the breaking strength of the glass panes.
  • Tempering can also be preceded by a bending process.
  • the individual layers of the layer stack are deposited by methods known per se, preferably by magnetic field-assisted cathode sputtering (magnetron sputtering). This is particularly advantageous with regard to a simple, fast, cost-effective and uniform coating of the substrate.
  • the cathode sputtering takes place in a protective gas atmosphere, for example of argon, or in a reactive gas atmosphere, for example by adding oxygen or nitrogen.
  • a protective gas atmosphere for example of argon
  • a reactive gas atmosphere for example by adding oxygen or nitrogen.
  • the layers can also be applied by other methods known to those skilled in the art, for example by vapor deposition or chemical vapor deposition (CVD), by atomic layer deposition (ALD), by plasma-assisted vapor deposition (PECVD) or by wet chemical methods.
  • the layers of the layer stack can also be deposited by means of high-performance pulse magnetron sputtering (HiPIMS).
  • HiPIMS high-performance pulse magnetron sputtering
  • the titanium nitride layer in particular is preferably deposited using HiPIMS. Deposition using HiPIMS has the advantage that the layers have a denser layer morphology, lower emissivity, higher electrical conductivity, lower absorption and higher thermal stability with high uniform
  • the invention also includes the use of a substrate coated according to the invention as a component of a pane or as a pane in buildings, in electrical or electronic devices or in means of transport for traffic on land, in the air or on water.
  • the pane is preferably used as a window pane, for example as a building window pane or as a roof pane, side window, rear window or windshield of a vehicle, in particular a motor vehicle.
  • FIG. 1-3 a cross section through an embodiment of the substrate according to the invention with layer stack
  • Fig. 4 shows a cross section through an embodiment of a composite pane with the pane according to the invention
  • Fig. 5-8 Diagrams of the reflectance R as a function of the wavelength for 10 examples according to the invention.
  • Fig. 9-12 Diagrams for the light transmittance TL through the substrate according to the invention as a function of the wavelength for 10 examples according to the invention.
  • Fig. 1 shows a cross section through an embodiment of the coated substrate 100 according to the invention with the substrate 1 and the layer stack 2.
  • the substrate 1 is, for example, a glass pane made of soda-lime glass and has a thickness of 1.9 mm.
  • the substrate 1 has, for example, a light transmittance TL of approximately 91%.
  • the layer stack 2 is a sun protection coating with a low emissivity.
  • the coated substrate 100 is intended, for example, as a side window of a motor vehicle. Side windows are typically made of single-pane safety glass.
  • the substrate 1 has an interior-side surface B which, when installed in a vehicle, is intended to face the vehicle interior.
  • the substrate 1 also has an exterior-side surface A which, when installed in a vehicle, is intended to face the external environment.
  • the optical properties of the layer stack 2 are optimized in such a way that the layer stack 2 reflects less visible light for a vehicle occupant without impairing the sun protection effect or emissivity-reducing effect. According to the invention, this is achieved by a sequence of thin layers on the interior surface B, which consists of the following individual layers starting from the substrate 1: a first dielectric layer 3 against alkali diffusion, for example based on silicon nitride, an aluminum nitride layer 4.2, a titanium nitride layer 5, a further aluminum nitride layer 6.2 and a second dielectric layer 7, for example based on silicon nitride to regulate oxygen diffusion.
  • a first dielectric layer 3 against alkali diffusion for example based on silicon nitride
  • an aluminum nitride layer 4.2 aluminum nitride layer 4.2
  • a titanium nitride layer 5 a further aluminum nitride layer 6.2
  • a second dielectric layer 7 for example based on silicon nitrid
  • Fig. 2 shows a further embodiment of the coated substrate 100 according to the invention, the differences from the embodiment in Fig. 1 being that a vanadium nitride layer 4.1 is deposited on the first dielectric layer 3 instead of an aluminum nitride layer 4.2 and a further vanadium nitride layer 6.1 is deposited on the titanium nitride layer 5 instead of a further aluminum nitride layer 6.2.
  • a third dielectric layer 8 for example based on titanium zirconium oxide, is also deposited on the second dielectric layer 7.
  • the second dielectric layer 7 is also based on silicon zirconium nitride.
  • the third dielectric layer 8 leads to a further improvement in the optical properties of the substrate 100 according to the invention.
  • the third dielectric layer 8 also protects the layer stack 2 from mechanical damage, for example from scratches.
  • the substrate 1 has a thickness of 3.85 mm, for example, and is transparent with a light transmittance TL of approximately 74%.
  • Table 2 An exemplary design of the layer sequence with materials and layer thicknesses from Figure 2 is summarized in Table 2.
  • the individual layers of the layer stack 2 were deposited, for example, by magnetic field-assisted cathode ray sputtering, with the titanium nitride layer 5 being deposited by magnetic field-assisted high-power pulse magnetron sputtering (HiPIMS).
  • HiPIMS magnetic field-assisted high-power pulse magnetron sputtering
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the coated substrate 100 according to the invention, the differences from the embodiment of Figure 1 being that a third dielectric layer 8 based on titanium zirconium oxide is applied to the second dielectric layer 7.
  • the first dielectric layer 3 and the second dielectric layer 7 are based on silicon zirconium nitride.
  • Layer stacks 2 were deposited, for example, by magnetic field-assisted cathode ray sputtering, while the titanium nitride layer 5 was deposited by magnetic field-assisted high-power pulse magnetron sputtering (HiPIMS).
  • HiPIMS magnetic field-assisted high-power pulse magnetron sputtering
  • Table 3 with Example 2 Fig. 4 shows a cross-sectional view of a composite pane with the substrate 1 according to the invention from Fig. 1 as the inner pane 10 and a second pane as the outer pane 9.
  • the composite pane is, for example, a roof pane which is installed in a vehicle.
  • the layer stack 2 is applied to an interior-side surface B, IV of the substrate 1 facing the vehicle interior.
  • the substrate 1 has an exterior surface A, III facing the thermoplastic intermediate layer 11, which also faces the external environment.
  • the outer pane 9 has an interior-side surface II facing the vehicle interior, which also faces the thermoplastic intermediate layer 11, and an exterior surface I facing the external environment.
  • the outer pane 9 is, for example, 1.5 mm thick.
  • the thermoplastic intermediate layer 11 consists, for example, of polyvinyl butyral with a plasticizer content of less than 10 percent by weight.
  • the layer thickness of the thermoplastic intermediate layer 11 is, for example, 0.5 mm.
  • Fig. 5 to Fig. 8 show diagrams of the reflectance R for 10 examples according to the invention.
  • the values of the reflectance R shown were determined by simulations with the CODE software.
  • Fig. 5 shows examples 1 and 2.
  • Fig. 6 shows examples 3, 4 and 5.
  • Fig. 7 shows examples 6, 7 and 8.
  • Fig. 8 shows examples 9 and 10.
  • the materials and layer thicknesses of the substrate 1 of examples 1 to 8 are summarized in Table 4.
  • the materials and layer thicknesses of the substrate 1 of examples 9 to 10 are summarized in Table 5.
  • the layer stack 2 of examples 1 to 8 comprises an aluminum nitride layer 4.2 below the titanium nitride layer 5 and a further aluminum nitride layer 6.2 above the titanium nitride layer 5, whereas the layer stack 2 of examples 9 to 10 comprises a vanadium nitride layer 4.1 below the titanium nitride layer 5 and a further vanadium nitride layer 6.1 above the titanium nitride layer 5.
  • the substrate 1 consisted of PLC, which means clear soda-lime glass (clear glass) with a light transmittance TL of approximately 91%.
  • the substrate 1 consisted of TSA3+, which means greenish-tinted soda-lime glass with a light transmittance Ti_ of approximately 74%.
  • substrate 1 consisted of VG10, which means tinted soda-lime glass with a light transmittance Ti_ of about 10%.
  • substrate 1 consisted of VG20, which means tinted soda-lime glass with a light transmittance TL of about 42%.
  • the light transmittances TL given refer to the measured values at a thickness of the substrate 1 of 4 mm. All coated substrates 100 were subjected to a temperature treatment as part of a glass bending process at about 640°C for a period of 8 minutes. Table 4
  • the calculation of the reflectance RL and the light transmittance TL over a wavelength range from 380 nm to 780 nm as shown in Fig. 7 and 11 were for example 8 for a composite pane 101 according to the invention.
  • a layer stack identical to the layer stack 2 shown in example 8 was also applied to the interior-side surface II of the outer pane 9.
  • the layer stack 2 of the substrate 1, i.e. that of the inner pane 10, was applied to the interior-side surface IV of the inner pane 10.
  • the outer pane 9 consists of PLC with a thickness of 2.1 mm.
  • the reflectances R shown in Fig. 5 to Fig. 8 were each simulated for an angle of incidence of light (light type A) on the layer stack 2 at 8°.
  • Fig. 9 to Fig. 12 show diagrams for the light transmittance TL for the coated substrate 100 and, in the case of example 8, for the composite pane 101 for the 10 examples according to the invention.
  • the values of the light transmittance TL shown were determined by simulations using the CODE software.
  • Fig. 9 shows examples 1 and 2.
  • Fig. 10 shows examples 3, 4 and 5.
  • Fig. 11 shows examples 6, 7 and 8.
  • Fig. 12 shows examples 9 and 10.
  • the materials and layer thicknesses of the substrate 1 of examples 1 to 8 are summarized in table 4.
  • the materials and layer thicknesses of the substrate 1 of examples 9 to 10 are summarized in table 5.
  • Table 6 shows the optical properties for the substrates 100 of examples 1 to 10.
  • Table 6 and Figures 5 to 12 show the integrated light transmittance according to ISO 9050:2003-08 (with illuminant A instead of illuminant D65) measured with an angle of incidence of 0° and an observation angle of 2° over a wavelength range from 380 nm to 780 nm;
  • a* and b* are the values of the transmission color in the L*a*b* color space determined according to DIN 5033-7:2014-10 in combination with DIN 6174:2007-10 with the view directed at the coated surface B of the substrate 1, measured with an angle of incidence of 0° and an observation angle of 2° (illuminant D65) over a wavelength range from 380 nm to 780 nm;
  • RL is the integrated reflectance according to ISO 9050:2003-08 (with illuminant A instead of illuminant D65), whereby the measurement refers to the surface B of the substrate 1 coated with the layer stack 2 with an angle of incidence of 8° and an angle of observation of 10° over a wavelength range from 380 nm to 780 nm;
  • a*R L and b*Ri are the values of the reflection color from the coating side in the L*a*b* color space determined according to DIN 5033-7:2014-10 in combination with DIN 6174:2007-10, measured with an angle of incidence of 8° and an angle of observation of 10° (illuminant D65) over a wavelength range of 380 nm to 780 nm;
  • s is the normal emissivity at 283 K according to DIN EN 16012:2015-05 based on a measurement of the surface B of the substrate 1 coated with the layer stack 2 and
  • TTS is the total solar energy transmittance according to ISO 9050:2003-08.
  • the light reflection factor RL for all examples according to the invention is below 6%, in some embodiments even below 3%.
  • Light reflections in the visible wavelength range can be irritating for observers, for example the driver, which is why a lower light reflection in this range represents a great advantage.
  • the light transmission factor TL was not reduced by the layer stacks 2 according to the invention to such an extent that application in the vehicle sector, for example, would be ruled out (Fig. 9 to 12 and Table 6).
  • a light transmission factor Ti_of over 70% can be obtained, which enables the use of the substrate 100 coated according to the invention as a component of a windshield for a vehicle.
  • Windshields for vehicles in the European Union must have a light transmission factor of at least 70% (ECE Regulation No. 43).
  • the s and TTS values in Table 6 also show the emissivity-reducing and heat radiation-insulating properties of the substrate 100 coated according to the invention. It can be seen that the a* values, which are particularly responsible for a dominant and frequently perceived as unaesthetic coloring of the coated substrate 100, are very low in the example 1 according to the invention, with values for both the coloring in transmission and in reflection, with the exception of example 3, of less than 10, in some embodiments even of less than 5 (this refers to the absolute value with respect to the values of a*Ti_ and a*Ri_).
  • the substrate 100 coated with the layer stack 2 according to the invention or the composite pane 101 therefore makes an overall more color-neutral impression than a pane coated in the generic way.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beschichtetes Substrat (100), umfassend ein Substrat (1) und einen Schichtstapel (2), welcher auf einer Oberfläche (A, B) des Substrats (1) aufgebracht ist, wobei der Schichtstapel (2) in folgender Reihenfolge ausgehend vom Substrat (1) - eine erste dielektrische Schicht (3), - eine Aluminiumnitridschicht (4.2) mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 6 nm oder eine Vanadiumnitridschicht (4.1), - eine Titannitridschicht (5), - eine weitere Vanadiumnitridschicht (6.1) oder eine weitere Aluminiumnitridschicht (6.2) und - eine zweite dielektrische Schicht (7) umfasst.

Description

Beschichtetes Substrat mit wärmedämmenden und antireflektiven Eigenschaften
Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Substrat mit wärmedämmenden und antireflektiven Eigenschaften, eine Verbundscheibe, aufweisend das beschichtete Substrat, sowie die Herstellung des beschichteten Substrats und deren Verwendung.
Substrate in der Form von Glasscheiben mit transparenten elektrisch leitfähigen Beschichtungen sind bekannt. Die Glasscheiben können dadurch mit einer Funktion versehen werden, ohne die Durchsicht durch die Scheibe wesentlich zu stören. Solche Beschichtungen kommen beispielsweise als heizbare Beschichtungen oder Wärmestrahlung reflektierende Beschichtungen auf Fensterscheiben für Fahrzeuge oder Gebäude zum Einsatz.
Der Innenraum eines Kraftfahrzeugs oder eines Gebäudes kann sich im Sommer bei hohen Umgebungstemperaturen und intensiver direkter Sonneneinstrahlung stark erwärmen. Ist die Außentemperatur dagegen geringer als die Temperatur im Innenraum, was insbesondere im Winter auftritt, so wirkt eine kalte Scheibe als Wärmesenke, die als unangenehm empfunden wird. Auch muss der Innenraum stark beheizt werden, um eine Auskühlung über die Fensterscheiben zu vermeiden.
IR-reflektierende Beschichtungen (sogenannte Sonnenschutzbeschichtungen) reflektieren einen erheblichen Teil der Sonnenstrahlung insbesondere im nahen Infrarotbereich (also kurzwellige Wärmestrahlung), was im Sommer zu einer verringerten Erwärmung des Innenraums führt. Die Beschichtung kann zusätzlich als sogenannte Low-E-Beschichtung die Aussendung von langwelliger Wärmestrahlung einer erwärmten Scheibe in den Innenraum hinein verringern. Sie verringert außerdem bei niedrigen Außentemperaturen im Winter die Abstrahlung der Wärme des Innenraums in die äußere Umgebung.
Um optimal zu wirken, muss die Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung auf der innenraumseitigen Oberfläche der Glasscheibe angeordnet sein, also gleichsam zwischen dem Innenraum und der eigentlichen Glasscheibe. Dort ist die Beschichtung der Atmosphäre ausgesetzt, was die Verwendung von korrosionsanfälligen Beschichtungen, beispielsweise auf Basis von Silber, ausschließt. Als emissivitätsmindernde Beschichtungen auf exponierten Oberflächen haben sich aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und guten Leitfähigkeit Beschichtungen auf Basis von transparenten leitfähigen Oxiden (TCO, transparent conductive oxide) bewährt, beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO, indium tin oxide). Solche Beschichtungen sind beispielsweise aus EP 2 141 135 A1 , WO 2010115558 A1 und WO 2011105991 A1 bekannt. Die JPH05124839A offenbart eine emissivitätsmindernde Beschichtung mit Aluminiumnitridschichten von beispielsweise 10 nm, wobei zwischen zwei Aluminiumnitridschichten eine Titannitridschicht angeordnet ist und die Aluminiumnitridschichten sowie die Titannitridschichten zwischen zwei Tantaloxidschichten angeordnet sind.
Glasscheiben, die eine Low-E-Beschichtung oder Sonnenschutzbeschichtung aufweisen, sollten neben thermischen Kriterien auch verschiedene andere Anforderungen erfüllen. Ein Problem bei der Beschichtung von Scheiben ist die Kompatibilität mit anderen Beschichtungen insbesondere Siebdrücken. Ein Siebdruck wird in der Regel bei Scheiben im Automobilbereich auf die Scheibe aufgebracht. Bei mit einer Low-E-Beschichtung ganzflächig vorbeschichteten Scheibe kann es zu Problemen bei der Haftung des Siebdruckes auf der Scheibe kommen. Ebenso kann es hierdurch zu einer verminderten Kratzfestigkeit des Schwarzdruckes kommen. Die Low- E-Beschichtung sollte zudem auch stabil, also chemisch inert, bei hohen Temperaturen sein. Hohe Temperaturen werden beispielsweise im Biegeprozess von Scheiben eingesetzt. Um die Korrosionsbeständigkeit gattungsgemäßer silberbasierter Sonnenschutzbeschichtungen im Laminat zu gewährleisten, also den Kontakt zu Feuchtigkeit und Umgebungsluft zu minimieren, ist in der Regel eine Randentschichtung der Scheibe notwendig.
Ein weiteres häufiges Problem, welches bei Low-E-Beschichtungen oder Sonnenschutzbeschichtungen in Verbindung mit Glasscheiben auftritt, ist eine erhöhte Lichtreflexion sowie Färbung der Scheibe durch die Beschichtung. Eine hohe Reflexion sowie eine Färbung der Scheibe können eine für den Betrachter ablenkende oder ästhetisch störende Wirkung haben, welche insbesondere bei Verwendung der Scheibe als Fahrzeugscheibe auch ein Sicherheitsrisiko darstellen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine beschichtetes Substrat mit einer Wärmestrahlung-isolierenden Wirkung bereitzustellen, die zusätzlich eine hohe Farbneutralität und eine geringe Lichtreflexion aufweist. Ferner soll die Beschichtung des Substrats korrosionsbeständig sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein beschichtetes Substrat gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße beschichtete Substrat umfasst ein Substrat und einen Schichtstapel, welcher auf einer ersten Oberfläche oder einer zweiten Oberfläche des Substrats aufgebracht ist. Der Schichtstapel umfasst mehrere Schichten, die in folgender Reihenfolge und übereinander auf dem Substrat aufgebracht sind: eine erste dielektrische Schicht, eine Vanadiumnitridschicht oder eine Aluminiumnitridschicht, eine Titannitridschicht, eine weitere Vanadiumnitridschicht oder eine weitere Aluminiumnitridschicht und eine zweite dielektrische Schicht. Das bedeutet: von den genannten Schichten ist die dem Substrat nächstliegende Schicht die erste dielektrische Schicht und die am weitesten vom Substrat entfernt angeordnete Schicht die zweite dielektrische Schicht. Erfindungsgemäß weist zumindest die Aluminiumnitridschicht eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 6 nm auf.
Weist der erfindungsgemäße Schichtstapel eine Vanadiumnitridschicht auf, weist er bevorzugt auch die weitere Vanadiumnitridschicht auf. Weist der erfindungsgemäße Schichtstapel eine Aluminiumnitridschicht auf, weist er bevorzugt auch die weitere Aluminiumnitridschicht auf. Mit anderen Worten bevorzugt weist der Schichtstapel die Vanadiumnitridschicht und die weitere Vanadiumnitridschicht auf oder er weist die Aluminiumnitridschicht und die weitere Aluminiumnitridschicht auf. Es ist aber auch möglich, dass der Schichtstapel eine Aluminiumnitridschicht unterhalb der Titannitridschicht aufweist und oberhalb der Titannitridschicht eine weitere Vanadiumnitridschicht aufweist. Ebenso kann der Schichtstapel eine Vanadiumnitridschicht und eine weitere Aluminiumnitridschicht aufweisen. Das Wort „weitere“ dient also einzig der Abgrenzung zur besseren Unterscheidbarkeit der einzelnen Schichten; es ist nicht zwingend gemeint, dass es mehr als eine Schicht der gleichen Sorte geben muss.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Schichten mit Emissivität- verringernden Eigenschaften in der Regel hohe Reflexionseigenschaften im sichtbaren Lichtspektrum und/oder eine hohe Farbigkeit aufweisen. Eine hohe Reflexion und/oder Farbigkeit kann aber von Nutzern als irritierend und störend empfunden werden. Es kann zudem auch ein Sicherheitsrisiko darstellen, wenn beispielsweise Licht an einer Scheibe in einem Auto zu stark reflektiert wird oder Verkehrszeichen außerhalb des Autos falsch wahrgenommen werden (beispielsweise rotes Schild bekommt in Durchsicht durch Scheibe eine grünlich-rötliche Färbung). Ein weiteres Problem ist die Beständigkeit solcher Schichten, diese müssen, insbesondere wenn sie Kontakt zur Umgebung (bspw. äußere Umgebung oder Innenraum) haben, beständig gegenüber mechanischer Beschädigung sowie Korrosion sein. Die Tönung und Licht-Reflexion der Scheibe sind hierbei abhängig vom Betrachtungswinkel. Insbesondere bei Betrachtungswinkeln auf die Scheibe von 0° bis 30° zur Oberfläche der Scheibe werden Färbungen als besonders unästhetisch wahrgenommen. Diese flachen Betrachtungswinkel treten insbesondere bei Windschutzscheiben und bei Dachscheiben in Fahrzeugen auf. Das erfindungsgemäße beschichtete Substrat weist eine Wärmestrahlung-isolierende Wirkung auf und ist aufgrund der verwendeten Schichten im Gegensatz zu herkömmlicherweise verwendeten Schichtstapeln sehr robust gegenüber mechanischer Beschädigung oder Korrosion. Die beschichtete Oberfläche des Substrats weist auch geringe Reflexionen für sichtbares Licht sowie eine hohe Farbneutralität auf. Die Herstellung des beschichteten Substrates ist kostengünstig, da auf Edelmetalle wie Silber verzichtet werden kann. Die Eigenschaften von Vanadiumnitridschichten und Aluminiumnitridschichten im Zusammenhang mit Wärmestrahlung reflektierender Schichten sind weitestgehend unbekannt, weshalb die guten Ergebnisse der Erfindung für die Erfinder unerwartet und überraschend waren.
Der erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Schichtstapel ist eine Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung. Die IR-reflektierenden Eigenschaften betreffen den nahen Infrarotbereich, so dass der Schichtstapel als Sonnenschutzbeschichtung (eng/.: solar control coating) wirkt und die IR-Anteile der Sonnenstrahlung zumindest teilweise reflektiert. Die IR-reflektierenden Eigenschaften betreffen auch Wärmestrahlung im mittleren IR-Bereich, so dass der Schichtstapel auch als emissivitätsmindernde Beschichtung (Low-E-Beschichtung) wirkt und die Abstrahlung von Wärme der Fahrzeugscheibe in den Fahrzeuginnenraum reduziert. Der Schichtstapel hat die Funktion, die Einstrahlung von Wärme in den Innenraum zu vermeiden (IR-Anteile der Sonnenstrahlung und insbesondere die thermische Strahlung des Substrates selbst) und ebenso die Abstrahlung von Wärme aus dem Innenraum heraus. Der Schichtstapel ist aber auch elektrisch leitfähig, sodass er prinzipiell auch andere Funktionen erfüllen kann, beispielsweise als beheizbare Beschichtung, wenn sie elektrisch kontaktiert ist, sodass sie infolge eines elektrischen Stromflusses erwärmt wird.
Die Schichten auf Basis von Vanadiumnitrid und Aluminiumnitrid bewirken insbesondere vorteilhafte optische Eigenschaften des Substrates. So setzten sie den Reflexionsgrad herab und erhöhen dadurch die Transparenz des Substrates und stellen einen neutralen Farbeindruck sicher.
Das erfindungsgemäße beschichtete Substrat ist bevorzugt eine beschichtete Scheibe. Die Scheibe ist bevorzugt eine Fensterscheibe und dafür vorgesehen, in einer Öffnung, beispielsweise eines Fahrzeugs oder eines Gebäudes, den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Die Oberfläche des Substrates, auf der der erfindungsgemäße Schichtstapel angeordnet ist, ist bevorzugt dem Innenraum zugewandt, diese Oberfläche ist also eine innenraumseitige Oberfläche. Unter der innenraumseitigen Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Oberfläche verstanden, die dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der Scheibe dem Innenraum zugewandt zu sein. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf den thermischen Komfort im Innenraum. Der erfindungsgemäße Schichtstapel kann dabei bei hohen Außentemperaturen und/oder durch Sonneneinstrahlung erhitzten Scheiben besonders effektiv die von der gesamten Scheibe in Richtung des Innenraums abgestrahlte Wärmestrahlung verringern. Bei niedrigen Außentemperaturen kann der Schichtstapel effektiv die aus dem Innenraum abgestrahlte Wärmestrahlung reflektieren und somit die Wirkung der kalten Scheibe als Wärmesenke verringern. Üblicherweise werden die Oberflächen einer Verglasung von außen nach innen durchnummeriert, so dass die innenraumseitige Oberfläche bei Einfachverglasungen als „Seite 2“ bezeichnet wird, bei Zweifachverglasungen (beispielsweise Verbundgläser oder Isolierverglasungen) als „Seite 4“. Der Schichtstapel kann alternativ aber auch auf der außenseitigen Oberfläche des Substrates angeordnet sein. Dies kann insbesondere im Architekturbereich sinnvoll sein, beispielsweise als Antikondensationsbeschichtung auf einer Fensterscheibe.
Der Schichtstapel kann aber alternativ auch andere Funktionen erfüllen, beispielsweise als elektrisch basierter kapazitiver oder resistiver Sensor für taktile Anwendungen, wie Touch Screens oder Touch Panels. Die Schichtstapel ist eine Abfolge dünner Schichten (Schichtaufbau, Schichtstapel). Während die elektrische Leitfähigkeit zumindest durch die Titannitridschicht sichergestellt wird, so werden die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transmission und Reflexivität, maßgeblich durch die übrigen Schichten beeinflusst und können durch deren Ausgestaltung gezielt eingestellt werden. Einen besonderen Einfluss haben in diesem Zusammenhang die Vanadiumnitridschichten und/oder die Aluminiumnitridschichten, die unterhalb wie oberhalb (als weitere Aluminium- bzw. Vanadiumnitridschicht) der Titannitridschicht angeordnet sind. Die Vanadiumnitridschichten und/oder die Aluminiumnitridschichten können insbesondere infolge von Interferenzeffekten die Transmission durch das Substrat erhöhen und die Reflexivität verringern. Die Wirkung hängt entscheidend von Schicht und Schichtdicke ab.
Der erfindungsgemäße Schichtstapel ist transparent, schränkt die Durchsicht durch das Substrat also nicht merklich ein. Die Absorption des Schichtstapels beträgt bevorzugt von etwa 1 % bis etwa 30 %, bevorzugt 1 % bis etwa 25 %, besonders bevorzugt 1 % bis etwa 20 % im sichtbaren Spektralbereich. Unter dem sichtbaren Spektralbereich wird der Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm verstanden.
Ist eine erste Schicht oberhalb einer zweiten Schicht angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die erste Schicht weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist als die zweite Schicht. Ist eine erste Schicht unterhalb einer zweiten Schicht angeordnet ist, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die zweite Schicht weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist als die erste Schicht. Ist eine erste Schicht oberhalb oder unterhalb einer zweiten Schicht angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung nicht notwendigerweise, dass sich die erste und die zweite Schicht in direktem Kontakt miteinander befinden. Es können eine oder mehrere weitere Schichten zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnet sein, sofern dies nicht explizit ausgeschlossen wird. Besonders bevorzugt sind zwischen der ersten dielektrischen Schicht und der zweiten dielektrischen Schicht keine weiteren Schicht außer den erfindungsgemäßen Schichten - also der Vanadiumnitridschicht oder der Aluminiumnitridschicht und der Titannitridschicht und der weiteren Vanadiumnitridschicht oder der weiteren Aluminiumnitridschicht - angeordnet. Hierbei werden besonders vorteilhafte optische Eigenschaften erzielt. Der Schichtstapel ist typischerweise vollflächig auf der Oberfläche des Substrates aufgebracht, eventuell mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs und/oder anderer lokal begrenzter Bereich, die beispielsweise zur Datenübertragung dienen können. Der beschichtete Anteil der Substratoberfläche beträgt bevorzugt mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%, insbesondere die gesamte Substratoberfläche inklusive des umlaufenden Randes. Der erfindungsgemäße Schichtstapel ist resistent gegen Korrosion, weshalb auf eine Randentschichtung, wenn keine anderen Gründe dagegensprechen, verzichtet werden kann. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber gattungsgemäßen Schichtstapeln, welche beispielsweise Silberschichten enthalten.
Enthält eine Schicht oder ein sonstiges Element zumindest ein Material, so schließt das im Sinne der Erfindung den Fall ein, dass die Schicht aus dem Material besteht, was grundsätzlich auch bevorzugt ist. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verbindungen, insbesondere Oxide, Nitride und Carbide können grundsätzlich stöchiometrisch, unterstöchiometrisch oder überstöchiometrisch sein, auch wenn dem besseren Verständnis halber die stöchiometrischen Summenformeln erwähnt werden. Mit einer Metallnitridschicht ist im Sinne der Erfindung gemeint, dass das diese Schicht auf Basis des Metallnitrids ausgebildet ist. Das Verhältnis von Nitrid zu Aluminium und das Verhältnis von Nitrid zu Vanadium ist bevorzugt in einem Bereich von 0,8 bis 1 ,3, besonders bevorzugt von 0,9 bis 1 ,1 , insbesondere genau 1.
Ist von dünnen Schichten die Rede, also Schichten mit einer Dicke von unter 1000 nm, gilt: ist etwas „auf Basis“ eines Materials ausgebildet, so besteht es mehrheitlich aus diesem Material, insbesondere im Wesentlichen aus diesem Material neben etwaigen Verunreinigungen oder Dotierungen. Die Angabe von Schichtdicken oder Dicken beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf die geometrische Dicke einer Schicht. Ist etwas „auf Basis“ eines polymerischen Materials ausgebildet, so besteht es mehrheitlich, also zu mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 60 % und insbesondere zu mindestens 70%, aus diesem Material. Es kann also noch weitere Materialien wie beispielsweise Stabilisatoren oder Weichmacher enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest die Vanadiumnitridschicht oder die Aluminiumnitridschicht eine Keimschicht, also die Schicht unterhalb der Titannitridschicht. Mit Keimschichten sind Schichten gemeint, die als Kristallisationskeim und Haftungsgrundlage dienen. Durch die Verwendung der Aluminiumnitridschicht oder der Vanadiumnitridschicht als Keimschicht und der anschließenden Aufbringung der Titannitridschicht auf die Keimschicht, vorzugsweise mittels Magnetronsputtern, wird das Titannitrid weitestgehend homogen in der Kristallstruktur der zugrundeliegenden Keimschicht aufgebracht. Dies führt zu einer homogeneren Farbwahrnehmung, geringeren Lichtreflexion und verbesserter wärmeisolierender Wirkung des beschichteten Substrats bei gleicher Schichtdicke des Titannitrids im Vergleich zu gattungsgemäßen beschichteten Substraten, die eine Titannitridschicht aufweisen. Die Schichtdicke der Titannitridschicht kann somit verringert werden, ohne hohe Verluste in der wärmeisolierenden Wirkung zu erzeugen. Vanadiumnitrid- und Aluminiumnitridschichten können in einer Kristallstruktur vorliegen, die jener von Natriumchlorid gleicht; sie weisen also ein kubisches Kristallsystem auf. Zudem weisen Vanadiumnitrid- und Aluminiumnitridschichten in einer solchen Kristallstruktur Gitterparameter auf, die ähnlich zu jenen von Titannitrid sind. Diese Eigenschaften machen Vanadiumnitrid- und Aluminiumnitridschichten zu sehr geeigneten Keimschichten für Titannitridschichten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schichtstapel außerdem eine dritte dielektrische Schicht nach der zweiten dielektrischen Schicht. Mit anderen Worten oberhalb der zweiten dielektrischen Schicht ist eine dritte dielektrische Schicht angeordnet. Diese dritte dielektrische Schicht weist bevorzugt einen von der zweiten dielektrischen Schicht unterschiedlichen Brechungsindex auf. Die dritte dielektrische Schicht ist beispielsweise eine niedrigbrechende Schicht mit einem Brechungsindex von kleiner 1 ,6. Bevorzugt ist die dritte dielektrische Schicht eine hochbrechende Schicht mit einem Brechungsindex von größer 1 ,6. bevorzugt größer 1 ,9. Die dritte dielektrische Schicht enthält bevorzugt Titanzirkonoxid (TixZryOz) oder Siliziumoxid (SixOy), besonders bevorzugt Titanzirkonoxid. Die Schichtdicke der dritten dielektrischen Schicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 150 nm, besonders bevorzugt von 5 nm bis 120 nm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 60 nm, insbesondere von 10 nm bis 30 nm.
Die dritte dielektrische Schicht ist vorzugsweise die oberste Schicht weist also den größten Abstand zur Substratoberfläche auf und ist die abschließende Schicht des Schichtstapels, die freiliegend, exponiert sowie für Personen zugänglich und berührbar ist. Die dritte dielektrische Schicht schützt, insbesondere wenn sie Titanzirkonoxid enthält oder daraus besteht, den Schichtstapel vor mechanischer Beschädigung wie beispielsweise Verkratzungen. Sie kann außerdem dazu dienen, die Haltbarkeit des Schichtstapels zu erhöhen. Mit der dritten dielektrischen Schicht trennt sich zeitaufgelöst weniger Material vom Substrat und der Schichtstapel behält länger seine homogene Form bei. Sie fungiert also als eine Art Schutzschicht. Die dritte dielektrische Schicht kann, insbesondere wenn sie Siliziumoxid enthält oder daraus besteht, auch als eine Entspiegelungsschicht dienen, also dazu beitragen den Reflexionsgrad der mit dem Schichtstapel beschichteten Oberfläche des Substrats zu verringern.
Die zweite dielektrische Schicht enthält zumindest ein Metall oder ein Nitrid. Die zweite dielektrische Schicht kann beispielsweise Titan, Chrom, Nickel, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal oder Wolfram enthalten oder ein Nitrid von Wolfram, Niob, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Chrom, Titan, Silizium oder Aluminium. In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die zweite dielektrische Schicht Siliziumnitrid (SisN^, Siliziumzirkonnitrid (SixZryNz), insbesondere Siliziumnitrid (SisN^ , womit besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Ist von Siliziumzirkonnitrid die Rede, handelt es sich im Rahmen dieser Erfindung bevorzugt um Siliziumnitrid mit einem Zirkoniumanteil von 10 Gew.% bis 30 Gew.%, bevorzugt von 17 Gew.% bis 27 Gew.%. Das Siliziumzirkonnitrid kann auch Aluminium enthalten, vorzugsweise enthält das Siliziumzirkonnitrid Aluminium mit einem Anteil von 6 Gew.%. Siliziumnitrid kann Dotierungen aufweisen. Das Siliziumnitrid ist in einer bevorzugten Weiterbildung mit Aluminium (SisN^AI), mit Zirkonium (SisN^Zr), mit Titan (SisN^Ti), oder mit Bor dotiert (SisN^B). Insbesondere enthält die zweite dielektrische Schicht ein Nitrid. Der Vorteil bei Nitrid-haltigen dielektrischen Schichten ist, dass beim Erhitzen der Scheibe, beispielweise im Zuge der Scheiben-Biegung, eine geringere Degradierung der benachbarten Schichten auftritt. Dies ermöglicht die Verwendung von dünneren AIN- oder VN-Schichten, da die Degradierung geringer ausfällt und daher eine geringere Gefahr der völligen Zersetzung der Metallnitride besteht. Der Effekt ist besonders hoch, wenn sowohl die erste dielektrische Schicht als auch die zweite dielektrische Schicht ein Nitrid enthalten, die VN- und/oder AIN- sowie die TiN-Schichten also zwischen den Nitrid-haltigen dielektrischen Schichten angeordnet sind. Bei einer Temperaturbehandlung nach dem Aufbringen des Schichtstapels kann das Siliziumnitrid teilweise oxidiert werden. Eine als SisN4 abgeschiedene zweite dielektrische Schicht enthält dann nach der Temperaturbehandlung SixNyOz, wobei der Sauerstoffgehalt typischerweise von 0 Atom- % bis 35 Atom-% beträgt. Die Schichtdicke der zweiten dielektrischen Schicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 150 nm, besonders bevorzugt von 5 nm bis 120 nm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 60 nm, insbesondere von 10 nm bis 30 nm. Die zweite dielektrische Schicht ist eine Blockerschicht und dient zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion. Über die zweite dielektrische Schicht wird somit der Kontakt der weiteren Vanadiumnitridschicht oder der Aluminiumnitridschicht, der Titannitridschicht zu Sauerstoff aus der äußeren Umgebung oder aus weiteren oberhalb der zweiten dielektrischen Schicht angeordneten Schichten reguliert. Die zweite dielektrische Schicht verbessert neben den benannten Eigenschaften auch die Reflexionseigenschaften, verringert also den Reflexionsgrad des beschichteten Substrats. Die zweite dielektrische Schicht trägt außerdem zur Optimierung der Farbeigenschaften des beschichteten Substrats bei.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die zweite dielektrische Schicht die oberste Schicht des Schichtstapels. Sie weist also den größten Abstand zur Substratoberfläche auf und ist die abschließende Schicht des Schichtstapels, die freiliegend, exponiert sowie für Personen zugänglich und berührbar ist.
Durch die erste dielektrische Schicht wird beispielsweise die Diffusion von Alkali-Ionen aus dem Substrat in das Schichtsystem reduziert oder unterbunden. Alkali-Ionen können die Eigenschaften der Beschichtung negativ beeinflussen. Weiterhin trägt die erste dielektrische Schicht im Zusammenspiel mit der Vanadiumnitridschicht oder Aluminiumnitridschicht zur Einstellung der Färbung und Reflexion des Gesamtschichtaufbaus vorteilhaft bei. Die erste dielektrische Schicht enthält bevorzugt ein Oxid oder ein Nitrid, bevorzugt von Wolfram, Chrom, Niob, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Titan, Silizium oder Aluminium, beispielsweise Oxide wie WO3, Nb20s, Bi2Ü3, TiÜ2, Ta2Os, ZrÜ2, HfÜ2 SnÜ2, oder ZnSnOx, oder Nitride wie AIN, TiN, TaN, ZrN oder NbN. Die erste dielektrische Schicht enthält besonders bevorzugt Siliziumnitrid (SisN^ oder Siliziumzirkonnitrid (SixZryNz) womit besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Siliziumnitrid kann Dotierungen aufweisen. Das Siliziumnitrid ist in einer bevorzugten Weiterbildung mit Aluminium (SisN^AI), mit Zirkonium (SisN^Zr), mit Titan (SisN^Ti), oder mit Bor dotiert (SisN^B). Insbesondere enthält die erste dielektrische Schicht ein Nitrid. Der Vorteil bei Nitrid-haltigen dielektrischen Schichten ist, dass beim Erhitzen der Scheibe, beispielweise im Zuge der Scheiben-Biegung, eine geringere Degradierung der benachbarten Schichten auftritt. Dies ermöglicht die Verwendung von dünneren AIN- oder VN-Schichten, da die Degradierung geringer ausfällt und daher eine geringere Gefahr der völligen Zersetzung der Metallnitride besteht. Der Effekt ist besonders hoch, wenn sowohl die erste dielektrische Schicht als auch die zweite dielektrische Schicht ein Nitrid enthalten, die VN- und/oder AIN- sowie die TiN-Schichten also zwischen den Nitridhaltigen dielektrischen Schichten angeordnet sind. Die Schichtdicke der ersten dielektrischen Schicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 150 nm, besonders bevorzugt von 5 nm bis 120 nm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 60 nm, insbesondere von 10 nm bis 30 nm. Die erste dielektrische Schicht ist bevorzugt die unterste Schicht des Schichtstapels, hat also direkten Kontakt zur Substratoberfläche, wo sie ihre Wirkung optimal entfalten kann. Schichtdicken von 5 nm bis 40 nm, insbesondere von 8 nm bis 35 nm bieten sich im Besonderen an, da hier eine gute Verformbarkeit von Scheiben, beispielsweise beim anschließenden Biegen, erhalten bleibt. Gleichzeitig dient die erste dielektrische Schicht auch als Haftschicht für die übrigen Schichten auf dem Substrat, wodurch eine Schichtdicke höher oder gleich 10 nm bevorzugt ist.
Der Brechungsindex der ersten dielektrischen Schicht und/oder der zweiten dielektrischen Schicht beträgt bevorzugt mindestens 1 ,9. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der Brechungsindex der ersten dielektrischen Schicht und/oder der zweiten dielektrischen Schicht von 1 ,9 bis 2,5 beträgt.
Die Titannitridschicht (TiN) weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 5 nm bis 100 nm, bevorzugt von 8 nm bis 80 nm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 60 nm, insbesondere von 10 nm bis 40 nm auf. Damit werden besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit erreicht bei gleichzeitiger hinreichender optischer Transparenz. In diesem Schichtdickenbereich werden zudem hinreichende emissivitätsmindernde Eigenschaften erzielt, ohne dass gleichzeitig eine sehr starke farbliche Tönung des Substrates erzeugt wird. Diese Schichtdicken genügen zudem, um eine hohe elektrische Leitfähigkeit zu erzielen. Dies ist ein großer Vorteil, insbesondere im Vergleich zu beschichteten Substraten mit Schichten auf Basis von transparenten leitfähigen Oxiden (engl. transparent conducting oxides (TCO)), wie Indiumzinnoxid, da diese bei gleicher elektrischer Leitfähigkeit größere Schichtdicken erfordern. Indium zählt zudem zu den knappsten Rohstoffen weltweit mit Ressourcenquellen, die sich auf wenige Länder weltweit verteilen. Titan auf der anderen Seite ist im Vergleich um ein Vielfaches besser zugänglich und in größeren Mengen weltweit vorhanden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vanadiumnitridschicht eine Schichtdicke von größer 1 nm, bevorzugt von 1 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 2 nm bis 20 nm, ganz besonders bevorzugt von 3 nm bis 10 nm, insbesondere von 5 nm bis 10 nm, auf. Die Aluminiumnitridschicht weist erfindungsgemäß eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 6 nm, bevorzugt von kleiner oder gleich 5 nm, auf. Die Aluminiumnitridschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 2 nm bis 6 nm, besonders bevorzugt von 3 nm bis 5 nm auf. Die weitere Vanadiumnitridschicht oder die weitere Aluminiumnitridschicht weisen vorzugsweise eine Schichtdicke von größer 1 nm, bevorzugt von 2 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt von 3 nm bis 10 nm, auf. Die weitere Vanadiumnitridschicht weist vorzugsweise eine Schichtdicke von größer 1 nm, besonders bevorzugt von 2 nm bis 50 nm, ganz besonders bevorzugt von 5 nm bis 20 nm auf. Die weitere Aluminiumnitridschicht weist vorzugsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 10 nm, besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 6 nm, insbesondere von kleiner oder gleich 5 nm, auf. Die weitere Aluminiumnitridschicht weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 2 nm bis 6 nm, besonders bevorzugt von 3 nm bis 5 nm auf. In diesem Schichtdickenbereich wird eine besonders gutes Verhältnis zwischen Färbung, Strahlungsabsorption und Reflexion des beschichteten Substrates erzielt. In diesem Schichtdickenbereich ist zudem die Zugspannung auf das Substrat besonders gering, wodurch die Stabilität des Schichtstapels nicht herabgesetzt wird. Die erforderliche Schichtdicke der Titannitridschicht kann außerdem über die Verwendung der oberhalb und unterhalb angeordneten Schichten gesteuert werden. Durch die Verwendung von Vanadiumnitrid und/oder Aluminiumnitrid kann die Schichtdicke von Titannitrid geringer ausfallen, wodurch Ressourcen und Prozessaufwand eingespart werden können.
Verfahren zur Messung der Dicke von einzelnen Schichten und Schichtstapeln sind dem Fachmann bekannt. Die Dicke einer Schicht kann mittels gängiger Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke bestimmt werden, beispielsweise spektroskopische Reflektrometrie oder Ellipsometrie. Diese Methoden ermöglichen die zerstörungsfreie Messung, wobei entsprechende Messgeräte kommerziell erhältlich sind. Ellipsometer sind beispielsweise von der Firma Sentech kommerziell erhältlich. Bevorzugt werden Profilometrie oder Ellipsometrie eingesetzt. Alternativ kann zur Messung der Dicke auch ein Transmissionselektronenmikroskop verwendet werden (Messung über den Querschnitt der Schicht oder Schichtenfolge). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Reflexionsgrad der mit dem erfindungsgemäßen Schichtstapel beschichten Oberfläche des Substrats höchstens 10 %, bevorzugt höchstens 5 %, insbesondere höchstens 4 %. Gemessen bei einer sichtbaren Lichtstrahlung, die in einem Einfallswinkel von 8° auf die beschichte Oberfläche des Substrats auftrifft.
Der Begriff „Reflexionsgrad“ wird im Sinne der Norm DIN EN 410 - 2011-04 verwendet. Unter dem Reflexionsgrad wird immer der schichtseitige Reflexionsgrad bezeichnet, der gemessen wird, wenn die beschichtete Oberfläche des Substrates der Lichtquelle und dem Detektor zugewandt ist. Brechungsindizes sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich bezogen auf eine Wellenlänge von 550 nm angegeben. Methoden zur Bestimmung von Brechungsindizes sind dem Fachmann bekannt. Die im Rahmen der Erfindung angegebenen Brechungsindizes sind beispielsweise mittels Ellipsometrie bestimmbar, wobei kommerziell erhältliche Ellipsometer eingesetzt werden können. Die Angabe von Schichtdicken oder Dicken bezieht sich, sofern nicht anders angegeben, auf die geometrische Dicke einer Schicht.
Der Reflexionsgrad wird gemessen mit einem Einfallswinkel von 8° (sofern nichts anderes angegeben ist) zur beschichteten Flächennormalen (mit dem Schichtstapel beschichtete Oberfläche des Substrats), was etwa dem natürlichen Betrachtungswinkel auf eine Dachscheibe in einem Fahrzeug entspricht. Der Spektral be re ich von 380 nm bis 780 nm wurde zur Charakterisierung der Reflexionseigenschaften herangezogen.
Der Reflexionsgrad beschreibt den Anteil der insgesamt eingestrahlten Strahlung im angegebenen Spektralbereich, der reflektiert wird. Der Reflexionsgrad bezieht sich immer auf einen bestimmten Spektralbereich, beispielsweise den sichtbaren Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm oder beispielsweise den Infrarotbereich. Er wird in % angegeben (bezogen auf 100% eingestrahlte Strahlung) oder als einheitenlose Zahl von 0 bis 1 (normiert auf die eingestrahlte Strahlung). Aufgetragen in Abhängigkeit von der Wellenlänge bildet er das Reflexionsspektrum. Die Angaben zum Reflexionsgrad beziehungsweise zum Reflexionsspektrum beziehen sich auf eine Reflexionsmessung mit einer Lichtquelle, die im betrachteten Spektralbereich gleichmäßig abstrahlt mit einer normierten Strahlungsintensität von 100%. Die innenraumseitige Emissivität des erfindungsgemäßen beschichteten Substrats beträgt bevorzugt kleiner oder gleich 45%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 35%, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 25%, insbesondere kleiner oder gleich 20%. Mit innenraumseitiger Emissivität wird dabei das Maß bezeichnet, welches angibt, wie viel Wärmestrahlung das beschichtete Substrat in Einbaulage im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler (einem schwarzen Körper) in einen Innenraum, beispielsweise eines Gebäudes oder eines Fahrzeugs abgibt. Unter Emissivität wird im Sinne der Erfindung der normale Emissionsgrad bei 283 K nach der Norm EN 12898 verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die totale solare Energietransmission (kurz TTS) nach ISO 9050:2003-08 für das beschichtete Substrat weniger als 65%, bevorzugt weniger als 50%, besonders bevorzugt weniger als 30%, insbesondere weniger als 20%.
Die totale solare Energietransmission TTS ist ein Maß für die Menge der Wärme, welche durch die Verbundscheibe in ein Fahrzeug oder Gebäude eintritt. Sehr hohe TE- oder TTS- Werte bedeuten also, dass ein Gebäude oder Fahrzeug sehr viel Wärme aufnimmt. Dies verschlechtert in der Regel den Wärmekomfort für die Insassen bzw. Bewohner.
Der Flächenwiderstand des erfindungsgemäßen Schichtstapels beträgt bevorzugt von 10 Ohm/Quadrat bis 100 Ohm/Quadrat, besonders bevorzugt von 15 Ohm/Quadrat bis 35 Ohm/Quadrat.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Schichtstapel:
- die erste dielektrische Schicht mit einer Schichtdicke von 10 bis 120 nm, bevorzugt von 10 nm bis 60 nm,
- die Vanadiumnitridschicht mit einer Schichtdicke von größer 1 nm, bevorzugt von 6 nm bis 20 nm,
- die Titannitridschicht mit einer Schichtdicke von 1 nm bis 40 nm,
- die weitere Vanadiumnitridschicht mit einer Schichtdicke von größer 1 nm, bevorzugt von 6 nm bis 20 nm und
- die zweite dielektrische Schicht mit einer Schichtdicke von 10 bis 120 nm, bevorzugt von 10 nm bis 60 nm. Hierbei werden optimale optische Eigenschaften in Bezug auf Reflexion und Färbung des Schichtstapels erreicht, ohne dass Stabilität oder Transparenz des Substrats eingebüßt werden. Besonders bevorzugt besteht der Schichtstapel nur aus den beschriebenen Schichten, also erster dielektrische Schicht, Vanadiumnitridschicht, Titannitridschicht, weiterer Vanadiumnitridschicht und zweiter dielektrischer Schicht und enthält keine weiteren Schichten. Bevorzugt enthält der Schichtstapel keine weiteren Schichten außer der dritten dielektrischen Schicht.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Schichtstapel:
- die erste dielektrische Schicht mit einer Schichtdicke von 10 bis 120 nm, bevorzugt von 10 nm bis 60 nm,
- die Aluminiumnitridschicht mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 6 nm, bevorzugt von 5 nm bis 1 nm,
- die Titannitridschicht mit einer Schichtdicke von 1 nm bis 40 nm,
- die weitere Aluminiumnitridschicht mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 10 nm, bevorzugt von 5 nm bis 1 nm und
- die zweite dielektrische Schicht mit einer Schichtdicke von 10 bis 120 nm, bevorzugt von 10 nm bis 60 nm.
Hierbei werden optimale optische Eigenschaften in Bezug auf Reflexion und Färbung des Schichtstapels erreicht, ohne dass Stabilität oder Transparenz des Substrats eingebüßt werden. Besonders bevorzugt besteht der Schichtstapel nur aus den beschriebenen Schichten, also erster dielektrische Schicht, Aluminiumnitridschicht, Titannitridschicht, weiterer Aluminiumnitridschicht und zweiter dielektrischer Schicht und enthält keine weiteren Schichten. Bevorzugt enthält der Schichtstapel keine weiteren Schichten außer der dritten dielektrischen Schicht.
Das Substrat ist aus einem elektrisch isolierenden, insbesondere starren Werkstoff gefertigt, vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff. Das Substrat enthält in einer bevorzugten Ausgestaltung Kalk-Natron-Glas, kann aber grundsätzlich auch andere Glassorten enthalten, beispielsweise Borsilikatglas oder Quarzglas. Das Substrat enthält in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Das Substrat kann weitestgehend transparent oder auch getönt oder gefärbt sein. Das Substrat weist bevorzugt eine Dicke von 0,1 mm bis 20 mm auf, typischerweise von 2 mm bis 5 mm. Das Substrat kann plan oder gebogen ausgebildet sein. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Substrat eine thermisch vorgespannte Glasscheibe.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das beschichtete Substrat in einem Betrachtungswinkel a von mindestens 8°, bevorzugt genau 8°, auf die beschichtete Oberfläche einen a*-Wert des L*a*b*-Farbraumes von höchstens +10, bevorzugt höchstens +8, besonders bevorzugt höchstens +5, insbesondere höchstens +2 auf. Gemeint sind die positiven Werte, also nicht die Absolutbeträge. Das beschichtete Substrat ist also so ausgebildet, dass der a*-Wert des L*a*b*-Farbraumes höchstens +10, bevorzugt höchstens +6, insbesondere höchstens +5, bei einem Betrachtungswinkel a von mindestens 8° bevorzugt genau 8°, auf die beschichtete Oberfläche ist. Es hat sich herausgestellt, dass ein hoher a*-Anteil zu einer dominanten Färbung des Substrates führt. Die visuell wahrgenommene Färbung ist abhängig vom Betrachtungswinkel und bei gattungsgemäßen beschichteten Substraten insbesondere für Betrachtungswinkel von 8° deutlich ausgeprägt.
Der Betrachtungswinkel a bemisst sich ausgehend von einer Normalen zur Flächenebene des Substrates, also einer Achse, welche senkrecht zur Flächenebene des Substrats angeordnet ist. Ein Betrachtungswinkel a von 0° bedeutet entsprechend den senkrechten Blick auf eine der äußeren Oberflächen des Substrates. Ein Betrachtungswinkel a von 90° bedeutet entsprechend den horizontalen Blick entlang einer der beschichteten Oberfläche des Substrates.
Die Zeichen a* und b* sind Werte des L*a*b*-Farbraums, also eines Farbmodells, das alle wahrnehmbaren Farben beschreibt. L* gibt den Helligkeitswert an und kann Werte zwischen 0 und 100 aufweisen, a* gibt die Farbart und Farbintensität zwischen Grün und Rot an, während b* die Farbart und Farbintensität zwischen Blau und Gelb angibt. Je negativer oder positiver die Werte von b* und a* sind, desto intensiver ist der Farbton. Für Werte nahe 0 für a* und b* liegt ein eher unbunter, also neutraler, Farbton vor.
Gängige Messmethoden zur Ermittlung von a*, b* und L* -Werten des L*a*b*-Farbraums (CIELAB) sind dem Fachmann allgemein bekannt. Übliche Messgeräte zur Bestimmung sind kommerziell erhältlich und beispielsweise das Minolta CM508d Spektrometer der Firma Konica Minolta Sensing Europe B.V. oder das Tec5 Spektrometer der Firma tec5 AG. Zur Bestimmung der a*, b* und L* -Werte des L*a*b*-Farbraums ist zunächst die Festlegung der Messbedingungen notwendig. Es muss zum Beispiel die Lichtart (D50, D65, A oder weitere, siehe DIN 5033-7:2014-10), der Normalbeobachter (2° oder 10° siehe DIN 5033-7:2014-10), die Messgeometrie (gerichtet oder diffuse Beleuchtung siehe DIN 5033-7:2014-10), der Messmodus (Reflexion in Aufsicht oder Transmission in Durchsicht), die Messpunkte der Probe und die Anzahl der Messungen festgelegt werden. Unter dem Begriff „Normalbeobachter“ versteht man das mittlere Sehvermögen der farbnormalsichtigen Bevölkerung bei unterschiedlichen Geschichtsfeldgrößen (DIN 5033-7:2014-10). Um eine einheitliche Bewertung zu ermöglichen, legte die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) spektrale Bewertungsfunktionen fest. Die Bewertungsfunktionen beschreiben, wie ein Normalbeobachter Farbe wahrnimmt. Die Bewertung basiert auf experimentell bestimmten Empfindlichkeitskurven der langwelligen, mittelwelligen und kurzwelligen Zapfen des menschlichen Auges (siehe auch DIN 5033-1 :2017-10).
Beispielhaft kann zur Messung des a*-Wertes das beschichtete Substrat in einem vorher festgelegten Winkel beleuchtet werden. Bei einem „vorher festgelegten Winkel“ beleuchtet, bedeutet jedoch nicht zwingend, dass das auf das beschichtete Substrat eintreffende Licht einzig einen Einfallswinkel des vorher festgelegten Winkels aufweist. Das beschichtete Substrat kann beispielsweise mit einem diffusem Licht beleuchtet werden, wobei das Licht bei etlichen unterschiedlichen Einfallswinkeln auf das beschichtete Substrat trifft, vorzugsweise mindestens in einem Winkel von 60° bis 90°. Ein Detektor eines Messgerätes erfasst das von der Probe reflektierte Licht. Es wird die spektrale Intensität des reflektierten Lichtes über einen Wellenlängenbereich von 360 nm bis 830 nm erhalten. Das erhaltene Spektrum wird anschließend nur in den Bereichen integriert, welche sich mit einer der Empfindlichkeitskurven der langwelligen, mittelwelligen und kurzwelligen Zapfen decken. Auf diese Weise werden die Integrale für die langwelligen, mittelwelligen und kurzwelligen Lichtanteile gebildet, welche gemäß der DIN 6174:2007-10 dann rechnerisch in die a*, b* und L* -Werten des L*a*b*- Farbraums transformiert werden. Es versteht sich, dass zur Bestimmung der a*, b* und L*-Werte der Detektor das reflektierte Licht im Betrachtungswinkel a zum Substrat erfasst. Zwischen dem Detektor und der Probe, also im Strahlengang des reflektierten Lichtes, kann ein linearer Polfilter angeordnet sein. Der Winkel, indem die Probe beleuchtet wird, kann von 0° bis 90°, vorzugsweise von 0° bis 80° zur Oberfläche des beschichteten Substrates betragen (bemessen ausgehend von einer Normalen zur Flächenebene des Substrats). Bevorzugt wird der a*-Wert für den Normalbeobachter von 10° gemessen. Es wird vorzugsweise das Normlicht D65 (mittleres Tageslicht mit ca. 6500 Kelvin) eingesetzt. Der Messmodus ist vorzugsweise Reflexion in Aufsicht und das beschichtete Substrat wird mit diffusem Licht beleuchtet. Der Detektor ist vorzugsweise mit einem linearen Polfilter ausgestattet.
Das Substrat kann transparent oder semitransparent, beispielsweise getönt, sein. „Transparent“ bedeutet im Sinne der Erfindung eine Lichttransmission TL (nach ISO 9050:2003) von mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 60 % und besonders bevorzugt mindestens 70 %. Semitransparent (nach ISO 9050:2003) bedeutet im Sinne der Erfindung eine Lichttransmission TL von höchstens 50 % bevorzugt höchstens 30 % und besonders bevorzugt höchstens 10 %.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat eine Scheibe, beispielsweise Einscheibensicherheitsglas, welches dazu vorgesehen ist als Fahrzeugscheibe eingesetzt zu werden. Ist die Scheibe in ein Fahrzeug eingebaut, so ist die mit dem erfindungsgemäßen Schichtstapel beschichtete Oberfläche des Substrats bzw. der Scheibe dem Fahrzeuginnenraum zugewandt.
Die Erfindung erstreckt sich außerdem auf eine Verbundscheibe, welche eine Außenscheibe, das erfindungsgemäße beschichtete Substrat, und eine thermoplastische Zwischenschicht aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäß beschichtete Substrat beispielsweise eine beschichtete Innenscheibe. Die Außenscheibe und die beschichtete Innenscheibe sind über die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden. Der Schichtstapel kann also auf einer der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandten außenseitigen Oberfläche der beschichteten Innenscheibe aufgebracht sein. Bevorzugt ist der Schichtstapel aber auf einer von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandten innenraumseitigen Oberfläche der beschichteten Innenscheibe aufgebracht. Besonders bevorzugt ist zusätzlich auch die Außenscheibe wie das erfindungsgemäße beschichtete Substrat aufgebaut, wobei das Material und die Dicke der Außenscheibe von der der Innenscheibe unterschiedlich sein kann. Der erfindungsgemäße Schichtstapel ist hierbei bevorzugt auf einer innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe, welche der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandt ist, aufgebracht. Der Schichtstapel auf der Außenscheibe kann hierfür identisch mit dem Schichtstapel auf der Innenscheibe sein, sich aber auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung von diesem unterscheiden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verbundscheibe außerdem eine Innenscheibe. Die Innenscheibe und die Außenscheibe sind über die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden. Das erfindungsgemäße beschichtete Substrat ist hierbei zwischen der Innenscheibe und der Außenscheibe angeordnet. Die Innenscheibe und die Außenscheibe sind über die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden. Das erfindungsgemäße beschichtete Substrat ist beispielsweise auf einer der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandten außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe oder der der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandten innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe angeordnet, beispielsweise mittels einer Klebeschicht darauf aufgebracht. Alternativ ist das erfindungsgemäße beschichtete Substrat auf einer von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandten innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet, beispielsweise mittels einer Klebeschicht darauf aufgebracht.
Die Verbundscheibe ist dazu vorgesehen, in ein Gebäude oder bevorzugt in eine Fahrzeug eingebaut zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe und die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe sind dazu vorgesehen, dem Innenraum, vorzugsweise Fahrzeuginnenraum, zugewandt zu sein. Die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe sind dazu vorgesehen, der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Die Verbundscheibe ist vorzugsweise eine Fahrzeugscheibe, insbesondere eine Windschutzscheibe oder Dachscheibe.
Die thermoplastische Zwischenschicht ist bevorzugt als mindestens eine thermoplastische Verbundfolie ausgebildet und ist auf Basis von Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB) und zusätzlich dem Fachmann bekannte Additive wie beispielsweise Weichmacher ausgebildet. Bevorzugt enthält die thermoplastische Folie mindestens einen Weichmacher. Die Scheibe, Innenscheibe und/oder Außenscheibe enthalten in einer bevorzugten Ausgestaltung Kalk-Natron-Glas, können aber grundsätzlich auch andere Glassorten enthalten, beispielsweise Borsilikatglas oder Quarzglas. Die Scheibe, Innenscheibe und/oder Außenscheibe können weitestgehend transparent oder auch getönt oder gefärbt sein. Die Scheibe, Innenscheibe und/oder Außenscheibe weisen bevorzugt eine Dicke von 0,1 mm bis 20 mm auf, typischerweise von 2 mm bis 5 mm. Die Scheibe, Innenscheibe und/oder Außenscheibe können plan oder gebogen ausgebildet sein.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrates, wobei
(A) das Substrat bereitgestellt wird und
(B) der Schichtstapel, vorzugsweise mittels Magnetronsputtern, auf dem Substrat aufgebracht wird.
Das Substrat wird vorzugsweise nach dem Aufbringen des Schichtstapels einer Temperaturbehandlung unterzogen, durch die insbesondere die Kristallinität der Vanadiumnitridschicht und/oder der Aluminiumnitridschicht sowie dir Titannitridschicht verbessert wird. Die Temperaturbehandlung erfolgt bevorzugt bei mindestens 300°C, besonders bevorzugt bei mindestens 500°C, insbesondere bei mindestens 640 °C. Die Temperaturbehandlung verringert insbesondere den Flächenwiderstand und den Emissionsgrad des Schichtstapels. Außerdem werden die optischen Eigenschaften des Substrates deutlich verbessert, insbesondere die Transmission erhöht.
Die Temperaturbehandlung kann auf verschiedene Arten erfolgen, beispielsweise durch Erwärmen des Substrates mittels eines Ofens oder eines Heizstrahlers. Alternativ kann die Temperaturbehandlung auch durch Bestrahlung mit Licht erfolgen, beispielsweise mit einer Lampe oder einem Laser als Lichtquelle.
In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt die Temperaturbehandlung im Falle eines Glassubstrats im Rahmen eines thermischen Vorspannprozesses. Dabei wird das erwärmte Substrat mit einem Luftstrom beaufschlagt, wobei es rasch abgekühlt wird. Es bilden sich Druckspannungen an der Scheibenoberfläche und Zugspannungen im Scheibenkern aus. Die charakteristische Spannungsverteilung erhöht die Bruchfestigkeit der Glasscheiben. Dem Vorspannen kann auch ein Biegeprozess vorangehen. Die einzelnen Schichten des Schichtstapels werden durch an sich bekannte Verfahren abgeschieden, bevorzugt durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung (Magnetronsputtern). Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache, schnelle, kostengünstige und gleichmäßige Beschichtung des Substrats. Die Kathodenzerstäubung erfolgt in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise aus Argon, beziehungsweise in einer Reaktivgasatmosphäre, beispielsweise durch Zugabe von Sauerstoff oder Stickstoff. Die Schichten können aber auch durch andere, dem Fachmann bekannte Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD), durch Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD), durch plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD) oder durch nasschemische Verfahren. Alternativ können die Schichten des Schichtstapels auch mittels Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern (HiPIMS) abegeschieden werden. Insbesondere die Titannitridschicht wird vorzugsweise mittels HiPIMS abgeschieden. Die Abscheidung mittels HiPIMS hat den Vorteil, dass die Schichten eine dichtere Schichtmorphologie, geringeren Emissionsgrad, höhere elektrische Leitfähigkeit, geringere Absorption und eine höhere thermische Stabilität bei hoher Gleichmäßigkeit aufweisen als Schichten die mittels anderer herkömmlicher Verfahren abgeschieden werden.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung eines erfindungsgemäß beschichteten Substrates als Bestandteil einer Scheibe oder als Scheibe in Gebäuden, in elektrischen oder elektronischen Geräten oder in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser. Die Scheibe wird dabei bevorzugt Fensterscheibe verwendet, beispielsweise als Gebäudefensterscheibe oder als Dachscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnungen schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen: Fig. 1-3 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Substrates mit Schichtstapel,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung einer Verbundscheibe mit der erfindungsgemäßen Scheibe,
Fig. 5-8 Diagramme des Reflexionsgrads R in Abhängigkeit von der Wellenlänge für 10 erfindungsgemäße Beispiele und
Fig. 9-12 Diagramme für den Lichttransmissionsgrad TL durch das erfindungsgemäße Substrat in Abhängigkeit von der Wellenlänge für 10 erfindungsgemäße Beispiele.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen beschichteten Substrat 100 mit dem Substrat 1 und dem Schichtstapel 2. Das Substrat 1 ist beispielsweise eine Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas und weist eine Dicke von 1 ,9 mm auf. Das Substrat 1 weist beispielsweise einen Lichttransmissionsgrad TL von etwa 91% auf. Der Schichtstapel 2 ist eine Sonnenschutzbeschichtung mit niedrigem Emissionsgrad. Das beschichtete Substrat 100 ist beispielsweise als Seitenscheibe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Seitenscheiben werden typischerweise als Einscheibensicherheitsglas ausgeführt. Das Substrat 1 weist eine innenraumseitige Oberfläche B auf, welche in Einbaulage in ein Fahrzeug dazu vorgesehen ist, dem Fahrzeuginnenraum zugewandt zu sein. Das Substrat 1 weist außerdem eine außenseitige Oberfläche A auf, welche in Einbaulage in ein Fahrzeug dazu vorgesehen ist, der äußeren Umgebung zugewandt zu sein.
Die optischen Eigenschaften des Schichtstapels 2 sind dahingehend optimiert, dass für einen Fahrzeuginsassen der Schichtstapel 2 weniger stark sichtbares Licht reflektiert, ohne dass dabei die Sonnenschutzwirkung oder emissivitätsmindernde Wirkung beeinträchtigt wird. Dies wird erfindungsgemäß eine Abfolge dünner Schichten auf der innenraumseitigen Oberfläche B erreicht, die ausgehend vom Substrat 1 aus folgenden Einzelschichten besteht: eine erste dielektrische Schicht 3 gegen Alkalidiffusion beispielsweise auf Basis von Siliziumnitrid, eine Aluminiumnitridschicht 4.2, eine Titannitridschicht 5, eine weitere Aluminiumnitridschicht 6.2 und eine zweite dielektrische Schicht 7 beispielsweise auf Basis von Siliziumnitrid zur Regulierung der Sauerstoffdiffusion.
Tabelle 1 mit Beispiel 1
Figure imgf000025_0001
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen beschichteten Substrat 100, wobei die Unterschiede zur Ausführungsform der Figur 1 darin bestehen, dass auf der ersten dielektrischen Schicht 3 eine Vanadiumnitridschicht 4.1 statt einer Aluminiumnitridschicht 4.2 abgeschieden ist und auf der Titannitridschicht 5 eine weitere Vanadiumnitridschicht 6.1 statt einer weiteren Aluminiumnitridschicht 6.2 abgeschieden ist. Auf der zweiten dielektrischen Schicht 7 ist außerdem eine dritte dielektrische Schicht 8 beispielsweise auf Basis von Titanzirkonoxid abgeschieden. Die zweite dielektrische Schicht 7 ist zudem auf Basis von Siliziumzirkonnitrid ausgebildet. Die dritte dielektrische Schicht 8 führt zu einer weiteren Verbesserung der optischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Substrates 100. Die dritte dielektrische Schicht 8 schützt den Schichtstapel 2 außerdem vor mechanischer Beschädigung, beispielsweise vor Verkratzungen. Das Substrat 1 weist beispielsweise eine Dicke von 3,85 mm auf und ist transparent mit einem Lichttransmissionsgrad TL von etwa 74 %.
Eine beispielhafte Ausgestaltung der Schichtabfolge mit Materialien und Schichtdicken aus Figur 2 ist in Tabelle 2 zusammengefasst. Die einzelnen Schichten des Schichtstapels 2 wurden beispielsweise durch magnetfeldunterstützte Kathodenstrahlzerstäubung abgeschieden, wobei die Titannitridschicht 5 durch magnetfeldunterstütztes Hochleistungsimpuls-magnetronsputtern (HiPIMS) abgeschieden wurde. Tabelle 2 mit Beispiel 9
Figure imgf000026_0001
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen beschichteten Substrat 100, wobei die Unterschiede zur Ausführungsform der Figur 1 darin bestehen, dass auf der zweiten dielektrischen Schicht 7 eine dritte dielektrische Schicht 8 auf Basis von Titanzirkonoxid aufgebracht ist. Die erste dielektrische Schicht 3 und die zweite dielektrische Schicht 7 sind auf Basis von Siliziumzirkonnitrid ausgebildet.
Eine beispielhafte Ausgestaltung der Schichtabfolge mit Materialien und Schichtdicken aus Figur 3 ist in Tabelle 3 zusammengefasst. Die einzelnen Schichten des
Schichtstapels 2 wurden beispielsweise durch magnetfeldunterstützte Kathodenstrahlzerstäubung abgeschieden, wobei die Titannitridschicht 5 durch magnetfeldunterstütztes Hochleistungsimpuls-magnetronsputtern (HiPIMS) abgeschieden wurde.
Tabelle 3 mit Beispiel 2
Figure imgf000026_0002
Fig. 4 zeigt in einer Querschnittansicht eine Verbundscheibe mit dem erfindungsgemäßen Substrat 1 aus Figur 1 als Innenscheibe 10 und einer zweiten Scheibe als Außenscheibe 9. Die Verbundscheibe ist beispielsweise eine Dachscheibe, welche in ein Fahrzeug eingebaut ist. Der Schichtstapel 2 ist auf einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten innenraumseitigen Oberfläche B, IV des Substrates 1 aufgebracht. Das Substrat 1 weist eine der thermoplastischen Zwischenschicht 11 zugewandte außenseitige Oberfläche A, III auf, welche ebenso der äußeren Umgebung zugewandt ist. Die Außenscheibe 9 weist eine dem Fahrzeuginnenraum zugewandte innenraumseitige Oberfläche II, welche auch der thermoplastischen Zwischenschicht 11 zugewandt ist, und eine der äußeren Umgebung zugewandte außenseitige Oberfläche I auf. Die Außenscheibe 9 ist beispielsweis 1 ,5 mm dick. Die thermoplastische Zwischenschicht 11 besteht beispielsweise aus Polyvinylbutyral mit einem Weichmacher-Anteil von unter 10 Gewichtsprozent. Die Schichtdicke der thermoplastischen Zwischenschicht 11 beträgt beispielsweise 0,5 mm.
Fig. 5 bis Fig. 8 zeigen Diagramme des Reflexionsgrad R für 10 erfindungsgemäße Beispiele. Die dargestellten Werte des Reflexionsgrads R wurden durch Simulationen mit der Software CODE ermittelt. Fig. 5 zeigt Beispiele 1 und 2. Fig. 6 zeigt Beispiele 3, 4 und 5. Fig. 7 zeigt Beispiele 6, 7 und 8. Fig. 8 zeigt Beispiele 9 und 10. Die Materialien und Schichtdicken des Substrats 1 der Beispiele 1 bis 8 sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Die Materialien und Schichtdicken des Substrats 1 der Beispiele 9 bis 10 sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Der Schichtstapel 2 der Beispiele 1 bis 8 umfasst eine Aluminiumnitridschicht 4.2 unterhalb der Titannitridschicht 5 und eine weitere Aluminiumnitridschicht 6.2 oberhalb der Titannitridschicht 5, wohingegen der Schichtstapel 2 der Beispiele 9 bis 10 eine Vanadiumnitridschicht 4.1 unterhalb der Titannitridschicht 5 und eine weitere Vanadiumnitridschicht 6.1 oberhalb der Titannitridschicht 5 umfasst. In den Beispielen 1-5 bestand das Substrat 1 aus PLC, womit klares Kalk-Natron-Glas (Klarglas) mit einem Lichttransmissionsgrad TL von etwa 91 % gemeint ist. Bei den Beispielen 6 und 10 bestand das Substrat 1 aus TSA3+, womit grünlich getöntes Kalk-Natron-Glas mit einem Lichttransmissionsgrad Ti_ von etwa 74% gemeint ist. Bei den Beispielen 7 und 8 bestand das Substrat 1 aus VG10, womit getöntes Kalk-Natron-Glas mit einem Lichttransmissionsgrad Ti_ von etwa 10% gemeint ist. Bei dem Beispiel 9 bestand das Substrat 1 aus VG20, womit getöntes Kalk-Natron- Glas mit einem Lichttransmissionsgrad TL von etwa 42% gemeint ist. Die angegebenen Lichttransmissionsgrade TL beziehen sich auf die gemessenen Werte bei einer Dicke des Substrats 1 von 4 mm. Alle beschichteten Substrate 100 waren einer Temperaturbehandlung im Rahmen eines Glasbiegeprozesses bei etwa 640°C über einen Zeitraum von 8 min unterzogen worden. Tabelle 4
Figure imgf000028_0001
Tabelle 5
Figure imgf000028_0002
Die Berechnung des Reflexionsgrades RL und des Lichttransmissionsgrades TL über einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm wie in Fig. 7 und 11 gezeigt, wurden für Beispiel 8 für eine erfindungsgemäße Verbundscheibe 101 durchgeführt. Hierbei war ein, zu dem in Beispiel 8 gezeigter Schichtstapel 2 identischer Schichtstapel auch auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 9 aufgebracht. Der Schichtstapel 2 des Substrates 1 , also jener der Innenscheibe 10, war auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 10 aufgebracht. Die Außenscheibe 9 besteht aus PLC mit eine Dicke von 2,1 mm.
Die in den Fig. 5 bis Fig. 8 gezeigten Reflexionsgrade R sind jeweils für einen Einfallswinkel von Licht (Lichtart A) auf dem Schichtstapel 2 bei 8° simuliert worden.
Fig. 9 bis Fig. 12 zeigen Diagramme für den Lichttransmissionsgrad TL für das beschichtete Substrat 100 und im Fall von Beispiel 8 für die Verbundscheibe 101 für die 10 erfindungsgemäßen Beispiele. Die dargestellten Werte des Lichttransmissionsgrad TL wurden durch Simulationen mit der Software CODE ermittelt. Fig. 9 zeigt Beispiele 1 und 2. Fig. 10 zeigt Beispiele 3, 4 und 5. Fig. 11 zeigt Beispiele 6, 7 und 8. Fig. 12 zeigt Beispiele 9 und 10. Die Materialien und Schichtdicken des Substrats 1 der Beispiele 1 bis 8 sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Die Materialien und Schichtdicken des Substrats 1 der Beispiele 9 bis 10 sind in Tabelle 5 zusammengefasst.
In Tabelle 6 sind die optischen Eigenschaften für die Substrate 100 der Beispiele 1 bis 10 abgebildet. In Tabelle 6 sowie den Figuren 5 bis 12 sind der integrierte Lichttransmissionsgrad nach ISO 9050:2003-08 (mit Lichtart A statt Lichtart D65) gemessen mit einem Einstrahlwinkel von 0° und einem Beobachtungswinkel von 2° über einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm; a* und b* die Werte der Transmissionsfarbe im L*a*b*-Farbraum bestimmt nach DIN 5033-7:2014-10 in Kombination mit DIN 6174:2007-10 wobei der Blick auf die beschichtete Oberfläche B des Substrates 1 gerichtet ist, gemessen mit einem Einstrahlwinkel von 0° und einem Beobachtungswinkel von 2° (Lichtart D65) über einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm;
RL der integrierte Reflexionsgrad nach ISO 9050:2003-08 (mit Lichtart A statt Lichtart D65), wobei die Messung sich auf die mit dem Schichtstapel 2 beschichtete Oberfläche B des Substrates 1 bezieht mit einem Einstrahlwinkel von 8° und einem Beobachtungswinkel von 10° über einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm; a*RL und b*Ri die Werte der Reflexionsfarbe von Beschichtungsseite im L*a*b*- Farbraum bestimmt nach DIN 5033-7:2014-10 in Kombination mit DIN 6174:2007-10, gemessen mit einem Einstrahlwinkel von 8° und einem Beobachtungswinkel von 10° (Lichtart D65) über einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm; s der normale Emissionsgrad bei 283 K nach DIN EN 16012:2015-05 bezogen auf eine Messung, der mit dem Schichtstapel 2 beschichteten Oberfläche B des Substrates 1 und
TTS die totale solare Energietransmission nach ISO 9050:2003-08.
Tabelle 6
Figure imgf000030_0001
In den Fig. 5 bis Fig. 8 als auch in Tabelle 6 ist zu erkennen, dass der Lichtreflexionsgrad RL für alle erfindungsgemäßen Beispiele unter 6% in einigen Ausführungsformen sogar unter 3% liegt. Lichtreflexionen im sichtbaren Wellenlängenbereich können für Betrachter, beispielsweise den Fahrer, irritierend sein, weshalb eine geringere Lichtreflexion in diesem Bereich einen großen Vorteil darstellt. Der Lichttransmissionsgrad TL wurde durch die erfindungsgemäßen Schichtstapel 2 nicht derart herabgesetzt, dass eine Anwendung beispielsweise im Fahrzeugbereich ausgeschlossen wäre (Fig. 9 bis 12 und Tabelle 6). Bei Verwendung von Klarglas PLC kann ein Lichttransmissionsgrad Ti_von über 70% erhalten werden, was den Einsatz des erfindungsgemäß beschichteten Substrates 100 als Bestandteil einer Windschutzscheibe für ein Fahrzeug ermöglicht. Windschutzscheiben für Fahrzeuge müssen in der europäischen Union einen Lichttransmissionsgrad von mindestens 70% aufweisen (ECE-Regelung Nr. 43). Die s- und TTS-Werte in Tabelle 6 zeigen zudem die emissivitätsmindernden und Wärmestrahlung-isolierenden Eigenschaften des erfindungsgemäß beschichteten Substrates 100. Es zeigt sich, dass die a*-Werte, welche im Besonderen für eine dominante und häufig als unästhetisch wahrgenommene Färbung des beschichteten Substrates 100 verantwortlich sind, in den erfindungsgemäßen Beispiel 1 sehr gering sind mit Werten sowohl für die Färbung in Transmission als auch in Reflektion mit Ausnahme von Beispiel 3 von kleiner 10, in einigen Ausführungsformen sogar von unter 5 (es ist der absolute Betrag bzgl. der Werte von a*Ti_ und a*Ri_ gemeint). Das mit dem erfindungsgemäßen Schichtstapel 2 beschichtete Substrat 100 bzw. die Verbundscheibe 101 macht insgesamt also einen farbneutraleren Eindruck als eine gattungsgemäß beschichtete Scheibe.
Bezugszeichenliste:
1 Substrat
2 Schichtstapel
3 erste dielektrische Schicht
4.1 Vanadiumnitridschicht
4.2 Aluminiumnitridschicht
5 Titannitridschicht
6.1 weitere Vanadiumnitridschicht
6.2 weitere Aluminiumnitridschicht
7 zweite dielektrische Schicht
8 dritte dielektrische Schicht
9 Außenscheibe
10 Innenscheibe
11 thermoplastische Zwischenschicht
100 beschichtetes Substrat
101 Verbundscheibe
I außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 10
II innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 10
III außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 11
IV innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 11
A außenseitige Oberfläche des Substrates 1
B innenraumseitige Oberfläche des Substrates 1
RL Reflexionsgrad (nach ISO 9050:2003-08) Lichttransmissionsgrad (nach ISO 9050:2003-08)

Claims

Patentansprüche
1. Beschichtetes Substrat (100), umfassend ein Substrat (1) und einen Schichtstapel (2), welcher auf einer Oberfläche (A, B) des Substrats (1) aufgebracht ist, wobei der Schichtstapel (2) ausgehend vom Substrat (1) in folgender Reihenfolge umfasst:
- eine erste dielektrische Schicht (3),
- eine Aluminiumnitridschicht (4.2) mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 6 nm oder eine Vanadiumnitridschicht (4.1),
- eine Titannitridschicht (5),
- eine weitere Vanadiumnitridschicht (6.1) oder eine weitere Aluminiumnitridschicht (6.2) und
- eine zweite dielektrische Schicht (7).
2. Beschichtetes Substrat (100) nach Anspruch 1 , wobei zumindest die Vanadiumnitridschicht (4.1) oder die Aluminiumnitridschicht (4.2) der Titannitridschicht (5) als eine Keimschicht dient.
3. Beschichtetes Substrat (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reflexionsgrad (R ) der mit dem Schichtstapel (2) beschichteten Oberfläche (A, B) des Substrates (1) höchstens 10 %, bevorzugt höchstens 5 %, beträgt.
4. Beschichtetes Substrat (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schichtstapel (2) außerdem eine dritte dielektrische Schicht (8) nach der zweiten dielektrischen Schicht (7) umfasst.
5. Beschichtetes Substrat (100) nach Anspruch 4, wobei die dritte dielektrische Schicht (8) Titanzirkonoxid oder Siliziumoxid, bevorzugt Titanzirkonoxid, enthält.
6. Beschichtetes Substrat (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste dielektrische Schicht (3) und die zweite dielektrische Schicht (7) ein Nitrid enthalten, bevorzugt Siliziumnitrid oder Siliziumzirkonnitrid, besonders bevorzugt Siliziumnitrid.
7. Beschichtetes Substrat (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste dielektrische Schicht (3) und/oder die zweite dielektrische Schicht (7) eine Schichtdicke von 5 nm bis 120 nm, bevorzugt von 10 nm bis 60 nm, aufweisen.
8. Beschichtetes Substrat (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Titannitridschicht (5) eine Schichtdicke von 5 nm bis 100 nm, bevorzugt von 10 nm bis 40 nm, aufweist.
9. Beschichtetes Substrat (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vanadiumnitridschicht (4.1) eine Schichtdicke von größer 0,5 nm, bevorzugt von 1 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt von 2 nm bis 10 nm, aufweist.
10. Beschichtetes Substrat (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die weitere Vanadiumnitridschicht (6.1) eine Schichtdicke von größer 0,5 nm, bevorzugt von 1 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt von 2 nm bis 10 nm, aufweist.
11. Beschichtetes Substrat (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei weitere Aluminiumnitridschicht (6.2) eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 6 nm aufweist.
12. Beschichtetes Substrat (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Substrat (1) eine Scheibe ist, bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas.
13. Verbundscheibe (101), umfassend ein beschichtetes Substrat (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrates (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei
(A) ein Substrat (1) bereitgestellt wird und
(B) der Schichtstapel (2), vorzugsweise mittels Magnetronsputtern, auf dem Substrat (1) aufgebracht wird.
15. Verwendung eines beschichteten Substrats (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Bestandteil einer Scheibe oder als Scheibe in Gebäuden, in elektrischen oder elektronischen Geräten oder in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser.
PCT/EP2024/051381 2023-02-02 2024-01-22 Beschichtetes substrat mit wärmedämmenden und antireflektiven eigenschaften WO2024160567A1 (de)

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